專利名稱：內(nèi)燃機(jī)用隔熱層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及到的內(nèi)燃機(jī)隔熱層按材料分類屬陶瓷復(fù)合材料，主要用于內(nèi)燃機(jī)/尤其是內(nèi)燃機(jī)排氣管的隔熱，這種隔熱要求隔熱層具有高溫隔熱穩(wěn)定性和耐振動、耐沖擊性。
內(nèi)燃機(jī)在工作過程中，有相當(dāng)部分的熱量主要通過排氣管散發(fā)到環(huán)境中去，使得駕駛或工作環(huán)境過熱。為了解決這一問題，在現(xiàn)有技術(shù)中有三種解決辦法。1、設(shè)計(jì)一種陶瓷發(fā)動機(jī)，其整體均用導(dǎo)熱系數(shù)低的陶瓷材料代替金屬材料。這種發(fā)動機(jī)亦稱絕熱發(fā)動機(jī)。2、用以石棉為基料的糊狀物料，涂敷在發(fā)熱部位，待其固化后形成膨松的隔熱層。3、用硅酸鋁纖維(亦稱陶棉)覆蓋在排氣管外壁上，再用玻璃絲帶捆扎。
隨著內(nèi)燃機(jī)功率的增大，隔熱問題變得愈加突出，大量的熱散發(fā)到環(huán)境中去，導(dǎo)致操作環(huán)境惡化和儀表精度下降。現(xiàn)有的隔熱層外表溫度高達(dá)300-400℃。之所以如此，是因?yàn)楝F(xiàn)有的隔熱層不能很好地解決隔熱問題。陶瓷發(fā)動機(jī)確能解決隔熱問題，但其本身遠(yuǎn)未能替代現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)，現(xiàn)在實(shí)際使用的內(nèi)燃機(jī)幾乎都是由金屬材料制作的，也就是說，這種方法尚不實(shí)用。糊狀石棉隔熱層雖然適用于形狀復(fù)雜的發(fā)熱部位，并具有一定的隔熱功能。但廢氣溫度超過500℃后，造成石棉分解，而失去強(qiáng)度和彈性，降低了原有隔熱效果。換言之，這種隔熱層不具有高溫隔熱穩(wěn)定性和耐振動、耐沖擊性。并且目前尚未能將其他耐火度更高的纖維制成糊狀。所以對于表面形狀復(fù)雜(即面形不規(guī)則)的發(fā)熱部位，尚無更好的隔熱措施。而采用硅酸鋁纖維的辦法也存在著很多不足。首先，盡管硅酸鋁纖維熔點(diǎn)高達(dá)1500℃以上，但在一定高溫下，它的強(qiáng)度和彈性下降到很小，如有振動和沖擊，其膨松的宏觀結(jié)構(gòu)將受到嚴(yán)重破壞，從而使其隔熱性能下降。另外，由于硅酸鋁纖維層的隔熱性能下降，使得捆扎它的玻璃絲帶承受高溫。導(dǎo)致強(qiáng)度下降，如再受振動或沖擊，則遭破壞。整個(gè)隔熱層失去良好的隔熱作用。后兩種方法只是將隔熱材料簡單地涂敷和包扎在發(fā)熱表面上，隔熱層與發(fā)熱表面二者未能牢固地接合。綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)對發(fā)熱體不規(guī)則的金屬發(fā)熱表面進(jìn)行隔熱，同時(shí)隔熱措施要實(shí)用，在保證高溫隔熱穩(wěn)定性的同時(shí)，隔熱層要具有耐振動、耐沖擊性，我們發(fā)明了一種內(nèi)燃機(jī)用隔熱層。
本發(fā)明主要通過兩個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn)，一是選用具有高溫穩(wěn)定性的材料，一是無機(jī)粘接劑的引入。現(xiàn)詳述如下，根據(jù)隔熱層受熱受力情況，將其分為三層。第一層為過渡層。主要是用水玻璃與尖晶石粉或/和云母粉調(diào)合成粘稠流體，然后涂刷在內(nèi)燃機(jī)需隔熱的表面上，該表面通常為形狀不規(guī)則的金屬表面。涂層厚度為0.15-0.5毫米。第二層是高溫隔熱層。在氈狀氧化鋁纖維、氧化鋯纖維、高鋁硅酸鋁纖維和高鋯硅酸鋁纖維中，取其中一種或幾種，將粉狀云母、珍珠巖、蛭石和空心陶瓷微珠(漂珠)中的一種或幾種混入纖維氈中，再將無機(jī)粘接劑，如水玻璃或磷酸鹽粘接劑，浸入纖維氈中。這種纖維氈具有可裁性和伸縮性，可適合形狀不規(guī)則的面形。將其粘敷在第一層上，其厚度為3-5毫米。第三層是低溫隔熱層。取氈狀耐熱纖維，如巖棉、礦渣棉或陶棉，將上述無機(jī)粘接劑浸入，然后粘敷在第二層上，厚度為5-10毫米。各層均自然干燥固化。
由發(fā)明的內(nèi)容可以看出，由于該隔熱層具有一過渡層，可使屬陶瓷復(fù)合材料的整體隔熱層與金屬發(fā)熱表面牢固地接合。且由于每一層均使用粘接劑，使得本發(fā)明之隔熱層具有現(xiàn)有技術(shù)所沒有的牢固性?？赡驼駝雍蜎_擊。由于第一層為流體，第二、三層為可裁、可伸縮的氈狀物，這就使得本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對不規(guī)則表面的隔熱。由于所用材料為耐熱纖維、粉狀礦物和工業(yè)廢渣，它們均具有耐高溫性能，從而實(shí)現(xiàn)了高溫穩(wěn)定隔熱。本發(fā)明之隔熱層結(jié)構(gòu)合理，針對受熱受力情況設(shè)計(jì)為三層，分別適應(yīng)各自處境，使得整體隔熱層具有進(jìn)一步的高溫隔熱穩(wěn)定性。在本發(fā)明中所用材料均為通用之材料，實(shí)現(xiàn)手段也是較容易的。這就使得本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)尤其是陶瓷發(fā)動機(jī)比，具有實(shí)用性。下述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可證明本發(fā)明之效果。在510千瓦的柴油發(fā)動機(jī)的排氣管上包敷總厚為10毫米的本發(fā)明之隔熱層，在管內(nèi)廢氣溫度達(dá)到680-710℃時(shí)，隔熱層外表面溫度僅為155-185℃之間。運(yùn)轉(zhuǎn)100小時(shí)后，拆開檢查，全部纖維層強(qiáng)度和彈性如初。
下面舉例進(jìn)一步說明本發(fā)明。1、在實(shí)驗(yàn)室用280目的尖晶石粉2.7克與10.5克的密度為1.41的水玻璃均勻調(diào)合，涂刷于一外徑為50毫米的鋼管上為第一層。厚度為0.2-0.3毫米。第二層是將280目的云母粉均勻混入質(zhì)量相同的氧化鋁纖維氈中，將稀釋10倍的水玻璃浸入其中，粘敷在第一層上，厚度為3-4毫米。第三層是將稀釋10倍的水玻璃浸入陶棉中，然后粘敷在第二層上而成。隔熱層總厚度為8.5-9.0毫米。鋼管溫度為750℃，隔熱層外表面溫度為170-190℃。經(jīng)500小時(shí)加熱后，拆開檢查，內(nèi)部纖維強(qiáng)度和彈性如初。2、在510千瓦柴油發(fā)動機(jī)排氣管上，第一層用280目尖晶石粉20克，云母粉4克，與密度為1.41的水玻璃95克均勻調(diào)合，涂刷于形狀不規(guī)則的排氣管外壁上，厚度為0.15-0.25毫米。第二層使用含Al2O362%的硅酸鋁纖維，與等質(zhì)量的云母粉混合，浸入稀釋15倍的磷酸鹽粘接劑，粘敷在第一層上，厚度為3-4毫米。第三層用巖棉，浸入稀釋10倍的水玻璃，粘敷在第二層上。三層總厚為11毫米。排氣管內(nèi)廢氣溫度為710℃，而外層溫度則低于170℃，運(yùn)轉(zhuǎn)180小時(shí)后，檢查其纖維結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度和彈性依然如初。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)用隔熱層，主要由耐熱纖維或礦物組成，其特征在于，它由過渡層、高溫隔熱層和低溫隔熱層組成；過渡層由無機(jī)粘接劑與粉狀礦物調(diào)合而成；高溫隔熱層為，將粉狀礦物或工業(yè)廢渣混入耐熱纖維，然后浸入無機(jī)粘接劑；低溫隔熱層為，將無機(jī)粘合劑浸入耐熱纖維而成。過渡層與發(fā)熱表面接觸，然后依次是高溫隔熱層和低溫隔熱層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔熱層，其特征在于所稱無機(jī)粘接劑包括水玻璃和磷酸鹽粘接劑;所稱粉狀礦物指的是尖晶石、云母、珍珠巖和蛭石;所稱工業(yè)廢渣指的是空心陶瓷微珠，亦稱漂珠;所稱耐熱纖維包括氧化鋁纖維、氧化鋯纖維、高鋁硅酸鋁纖維、高鋯硅酸鋁纖維、巖棉、礦渣棉和陶棉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔熱層，其特征在于過渡層厚度為0.15-0.5毫米，高溫隔熱層厚度為3-5毫米，低溫隔熱層厚度為5-10毫米。
全文摘要
內(nèi)燃機(jī)用隔熱層是一種陶瓷復(fù)合材料。在現(xiàn)有技術(shù)中，陶瓷發(fā)動機(jī)尚未進(jìn)入實(shí)用階段；石棉隔熱層和陶棉隔熱層在高溫下其宏觀結(jié)構(gòu)遭受破壞，不耐振動和沖擊，隔熱性能亦下降。本發(fā)明之隔熱層根據(jù)受熱受力情況分為三層，即過濾層、高溫隔熱層和低溫隔熱層。每層均由耐熱材料與無機(jī)粘接劑構(gòu)成。具有高溫穩(wěn)定性和耐振動、耐沖擊性。主要用于內(nèi)燃機(jī)某些發(fā)熱表面如排氣管外壁的隔熱。
文檔編號C04B41/80GK1080271SQ93103768
公開日1994年1月5日 申請日期1993年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月20日
發(fā)明者劉慎中, 趙新樂, 韓玉梅, 姜峰 申請人:長春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院