[发明专利]一种工业炉用低密度多孔保温材料的制备方法

说明书

本发明涉及工业炉用热场材料制备技术领域，具体是一种工业炉用低密度多孔保温材料的制备方法，包括：(1)将各类碳纤维制品进行破碎，制备短切碳纤维；(2)将短切碳纤维进行表面处理；(3)将短切碳纤维与热固性酚醛树脂粉末及高纯石墨粉按质量比20：30：1的比例放入球磨机进行混合8‑15h；(4)放入耐热钢容器中，再将容器放入压力容器中进行中压发泡并固化定型处理；(5)再进行炭化处理；(6)再进行高温纯化处理；(7)然后按照产品图纸的设计尺寸进行精加工，即得到工业炉用低密度多孔保温复合材料成品。本发明可以解决现有高温炉用保温材料制品生产周期长，制作成本高，可设计性差，产品质量一致性不稳定等难题。

技术领域

本发明涉及工业炉用热场材料制备技术领域，具体是一种工业炉用低密度多孔保温材料的制备方法。

背景技术

近些年来，随着粉末冶金、光伏行业的不断发展，相关企业对控制生产成本、提升产品尺寸、产能与质量的要求越来越高，作为主要生产设备的各类高温炉(真空炉、压力炉、多晶铸锭炉、单晶生长炉等)的设计尺寸也变得越来越大，这就相应的对热场保温材料的性能提出了更高的要求，总的来看，需要提升的性能体现在如下方面：首先，是具有更低的导热系数(即更好的保温性能)，这样保证在同样的工作温度下，生产设备的能耗更低。其次，具有更高的力学性能，更高的力学性能不仅意味着保温材料在高温腐蚀性气氛下有更长的使用寿命，也保证了大尺寸产品在制作过程中不易变形，具有更好的可加工性与可设计性。最后，具有更好的质量一致性，高温炉的设计尺寸越大，炉内不同区域的温度均匀性越难保证，这就对保温材料的质量一致性提出了更高的要求。

目前，低密度多孔保温复合材料的制作主要有三种工艺：第一、直接采用5mm-10mm厚的软炭毡，根据热场的设计尺寸铺层拼接或者在石墨模具上缠绕成型，然后用碳纤维丝或炭绳针扎固定，最后进行粗略的修边裁剪即可安装使用。

第二、同样采用5mm-10mm厚的软炭毡，然后根据热场的设计形状和尺寸进行裁剪下料，然后用稀释的有机溶剂对已下好的软毡料进行喷涂，再将粘接剂刷涂在软毡表面后按图纸形状和尺寸进行铺层拼接或者在石墨模具上缠绕成型，拼接或缠绕至设计尺寸后在烘箱或平板热压机中进行固化定型并脱模，再将固化定型的预制件进行炭化处理，炭化完成后再进行高温纯化处理，最后进行精加工，精加工完成后根据客户的要求可进行涂层处理也可直接使用。

第三、根据热场的形状和尺寸，直接定制相应尺寸的短纤维整体毡预制体，然后对短纤维整体毡预制体进行炭化处理，再将炭化处理后的整体毡预制体进行化学气相沉积增密并定型，定型后的毡体经过2300℃度的高温纯化处理后即可按图纸尺寸进行精加工，精加工完成后同样根据客户的要求可进行涂层处理也可直接使用。

采用第一种制备工艺制作保温材料，只适合于制备圆筒状结构的产品，且由于采用软炭毡缠绕制作，劳动环境差，尺寸精度不高，因此该方案多用于设备使用方的现场制作，整个制作及安装过程需要设备停炉，再考虑到软炭毡使用寿命偏短，更换相对频繁，对设备的整体使用率影响较大。

采用第二种制备工艺制作保温材料，可制作平板和圆筒状的产品，由于产品做过固化处理，因此可进行机加工，精度相对有保证，但是由于该工艺是采用炭毡刷涂粘接剂拼接进行制作，因此在粘结面及拼接处相对毡体本体密度会存在差异，这会对产品整体的质量一致性造成影响，进而影响炉内的温度均匀性，此外由于粘结剂在高温下的强度并不高，因此产品的整体力学强度并不高，再制作大尺寸产品时容易出现分层。

采用第三种制备工艺制作保温材料，也可制作平板和圆筒状产品，相对前两种工艺，该工艺技术是近些年开发出来的，专门用于高端保温热场材料的制作，其产品性能要优于前面两种工艺，但是该工艺目前最大的问题是预制体的尺寸(主要是厚度)存在上限，目前最大厚度一般只能做到50mm左右，此外，由于该工艺使用短纤维整体毡作为原材料，又采用化学气相沉积进行增密，因此生产成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工业炉用低密度多孔保温材料的制备方法，以解决背景技术中提出的问题。