[发明专利]一种溶胶凝胶法制备的红外光反射保温炭毡及其应用

说明书

一种溶胶凝胶法制备的红外光反射保温炭毡及其应用，该红外光反射保温炭毡按照以下方法制成：（1）将红外光反射材料的前驱体在pH≤3的酸性环境下，逐渐水解，形成溶胶；（2）将待处理的炭毡母体或者炭‑炭复合材料母体，浸渍到经步骤（1）生成的溶胶中，使溶胶成分包覆在炭骨架上；（3）将经步骤（2）处理后的母体通过调节温度和时间，使包覆在炭毡母体或炭‑炭复合材料母体之炭骨架上的溶剂充分凝固成为凝胶；（4）将经步骤（3）处理后的母体进行高温煅烧，使凝胶从无定型态转变成为纳米结晶态而成纳米红外光反射材料。使用本发明红外光反射保温炭毡于工业炉中，能够节能降耗；延长工业炉使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种红外光反射保温炭毡及其应用，尤其是涉及一种溶胶凝胶法制备的红外光反射保温炭毡及其应用。

背景技术

高温加热炉是一种常见的工业设备，主要是通过加热升温，使得被处理的材料在高温环境下发生性质的改变，如重结晶、烧结、扩散等，多用于晶体、陶瓷、金属等材料的生产及处理，工作温度也根据被处理材料的不同，跨度比较大，从400℃、500℃到3000℃均有。各行各业的高温炉数目众多，平均热效率在30%～50%，意味着有大于一半的热量，由于高温炉配套的保温材料性能不好而被浪费掉，这对工业生产造成巨大的损失。

热量主要是通过传导、对流及辐射来传播。在800℃以上的高温环境中，热量主要是依靠辐射传播，即加热器以黑体辐射的方式发射出红外光，大部分热量以红外光的方式向外传播。因此，如果采用红外光反射材料，将热量以光反射的形式反射回热场内部，可以提高热效率。目前行业内用到的高温热反射材料，工作温度从500-2500℃的，主要是采用涂料烧结的方式，将红外光反射材料涂覆在保温砖的内壁。对于高孔隙率的炭毡保温材料而言，涂料的方法很难使得红外光反射材料牢固地粘结在炭毡上面，即使粘结上去，涂层的抗热震性能也很差，涂层很快就会开裂，甚至脱落。因此，对于采用高孔隙率炭毡保温材料的高温设备，尚未见到有适合的红外光反射材料报道。但是，国内外有大量的高温生产设备，如太阳能、半导体的晶体硅生长炉，冶金炉，陶瓷烧结炉等，都是采用炭毡作为保温层，他们耗电量占了工业生产用电量的25%以上。中高温度段采用炭毡、炭-炭复合材料进行保温的设备，保守估计国内应该有十几万台之多，主要分布在光伏，晶体生长，粉末冶金及硬质合金等领域。而放眼全球，国内外采用炭毡作为保温层的高温设备则至少有百万台之多，基本上都还没有使用红外光反射节能材料，其市场容量不容小觑，对保温节能的需求尤其强烈。以炭毡为保温基础的高温设备的节能改造已经迫不及待，同时也是高能耗生产型企业降低成本，节能降耗，提升生产技术的关键步骤。

炭毡，无论是固化炭毡还是软毡，都是主要的保温热场材料，被广泛地用于晶体生长炉（如多晶硅铸锭炉，硅单晶提拉炉等），工艺炉（如石墨化炉，压力烧结炉等）等多种领域。另外，还有很多高密度炭-炭复合材料，由于其独特的高强度、耐高温、抗腐蚀等特性，作为结构件用于高温设备中，因此，提高炭-炭复合材料的保温性能，可以进一步降低高温设备中炭热场的热损失，使得设备进一步节能，环保。

其中光伏行业中有单晶硅、多晶硅等多种晶体炉数万台，用于硅晶体的生长，而且炭毡等保温材料作为热场耗材，需要每2年左右更换一次；同时，为了节能降耗，降低整个光伏发电产业链的成本，炭毡与炭-炭复合材料本身的性能也在不断提高，先后出现了低热导率的黏胶基、预氧丝基、炭基气凝胶基等炭毡，其共同的特点是都是以炭纤维作为基体，形成多孔、轻质的毡体结构。

众所周知，中高温环境下，热量的传递主要是以红外光辐射为主，在现有高温设备中，保温材料仅仅具有很低的热传导系数, 其热辐射的阻隔能力普遍偏弱，因此，高温下炭毡保温材料的综合导热系数急剧升高，是其常温下的10倍左右，高达1.5-2W/m·K，主要原因在于加热器的辐射热量主要是以近红外线发射为主，但是，保温的普通炭毡其近红外光透射率大，很多热量以近红外线的形式辐射出来，造成了无端的浪费。