本发明是关于在一定温度下,能较长时间保持有效使用而不损坏的辐射的反射屏蔽,特别是至少900度温度下可使用的反射屏蔽,其制作法及其在隔热装置中的应用。 人们通常在隔热装置或在集热装置中使用反射屏蔽。在隔热装置中,反射屏蔽是用于阻止红外线辐射传热,一般和能阻止对流传热的绝缘材料结合使用。目前人们已知一些轻质而又结实的绝缘装置,它们是由把反射力强而发射力弱的物质覆盖在其上的云母做成的薄的支撑物和渣棉结合在一起而构成的。由于质轻,体积小而广泛应用于航空方面。
在集热装置中,反射屏蔽可用作镜子,人们可在炉子周围附近遇见这样地装置。
屏蔽的效率是随它的反射力的增强而更高,也就是说它对光线的不透性是至关重要的。为此,人们常用既光又亮的材料,如胶态金或金熔融喷撒覆盖在支撑体上而制成屏蔽。
同样,在绝缘装置中,屏蔽的效率,因它的发射能力弱而更好。事实上,依据温度发现某些材料发出一种常常随温度而变化的、自身的以及对效率有害的辐射线,因为它产生超过屏蔽的热量。
此外,屏蔽的效率取决于入射辐射线的频率。事实上,屏蔽对某些频率是不透光的,而对其它频率则或多或少是透光的。在这种情况下,除和温度有关的自身的辐射线外,屏蔽能重新发出部分被吸收的辐射线。
而且,温度越高通过屏蔽所吸收的红外射线的频率范围就越扩展。而要挡阻辐射线,只有一个屏蔽是远远不够的。所以,在使用高温隔热装置中,应该在几层渣棉或同类材料之间插入多个屏蔽,以阻挡最大量的辐射线。
同样,当某些材料与周围的空气接触时,又超过一定温度的话,这些材料是不能用的,因为它们既被氧化,又全部或部分地失去其不可逆转的反射能力。因此,它们要更多地吸收辐射线,相应地也要更多地重新发射辐射线。
在隔热装置的渣棉里插入的屏蔽也是如此,因为其内部有空气垫。
总之,对不同温度条件和/或入射频率,用现有技术的屏蔽并不是很好的方法,而且它对高温也是不适用的。
按本发明的屏蔽就不存在这些缺陷。
按本发明,在至少等于900℃的特定温度下所使用的辐射的反射屏蔽,其特征表现为:一方面,它具有由既光又亮的、至少能反射部分红外射线的、在上述温度时也不损坏的材料组成第一层;另一方面,它有支撑材料组成的第二层;至少还有插入前两层之间的、用来阻挡前一层发出的辐射线的材料组成的第三层。插入层与它相邻的两层是密切相联的。
第一层发出的辐射线是这一层根据温度的自身的辐射线,和/或部分不被这一层所反射的辐射线。
因此,当连续插入多层时,就能达到制成对整个红外射线具有反射能力的屏蔽。
本发明的首要优点在于材料的第一层和第二层使插入层与外界隔离从而保护了插入层。因此,采用如果和外界直接接触的、在可使用的温度下,能氧化和损坏的材料组成这些插入层是可能的。但现有技术的解决方法中,当与外界接触,并且温度超过了氧化和损坏的温度时,在任何情况下都不允许考虑使用这些材料。除非进行特别的保护处理。
按本发明的另一特征,要制成屏蔽,就要使不同的反射材料层,接二连三地逐一沉积起来。每一层都可用相似的沉积方法,或者根据材料情况,不同的层采用不同的沉积方法。
这些可能与汽相的化学沉淀、阴极喷镀和电解沉淀有关。
按另一特征,已制成的屏蔽可用于制备由数量有限的、能阻止对流的层所组成的隔热装置和由数量有限的屏蔽所组成的隔热装置。
因此,如果第一个屏蔽的最后一层和渣棉比较的话,在可使用的温度下,几乎不会重新发出红外射线,那末,为了阻止导热使用一个渣棉垫就足够了。
本发明的其余特征和优点将在下列附图所作的一些实用方法的说明中加以描述。
图1表示按辐射线频率,两个已知温度的符合本发明屏蔽的亮度曲线。
图2是一个符合本发明屏蔽的构成剖面图。
图3是一个符合本发明的由两个屏蔽制成的第一个隔热装置的构成剖面图。
图4是一个符合本发明的由一个屏蔽而制成的第二个隔热装置的构成剖面图。
在图1上,纵的表示了亮度曲线Br(λ),横的表示符合本发明的一个屏蔽在两个不同的温度下的射线频率λ。
一种材料的亮度,随它的反射能力而变化,亮度越高,反射能力越强。
在和图1曲线相一致的实用方法中,屏蔽包含有一层一层排列在支撑材料上的四层反射材料,这个支撑材料对于整个结构具有足够硬度。
最后两层是直接与外界接触的,因此,这两层的材料要在屏蔽的予定使用最高温度下不被氧化。所以,最后两层中的一层须有支撑物。中间层由于不与外部接触,因此不会被氧化。要选择构成中间层材料的唯一条件是这些材料在使用时,不因温度太高而被损坏。
在一定使用温度下每一材料层都有它自己的亮度曲线,而由连接这些层而产生的屏蔽亮度也是一样的。这是由于对频率和所考虑的温度有最高值的材料有一定的频率λ。
例如图1中,对用四层反射材料组成的屏蔽来说,曲线1A、2A、3A、4A是所用的每一层材料对第一可使用温度的亮度曲线,曲线1B、2B、3B、4B是这些材料对第二可使用温度的亮度曲线。
对这些曲线,人们认为材料的亮度随温度而变化,屏蔽的整个亮度以及它的反射能力也随温度而变化。
在所表示的例子中,人们认为对1微米射线频率来说,屏蔽的亮度对第一可使用温度有B1值,对第二可使用温度有第二个值B2。第一温度的B1值描在表示有在第二温度2B曲线的材料的2A曲线上,而第二温度的B2值描在表示有在第一温度1A曲线的材料的1B曲线上。
因此,人们认为,对同一已知射线频率而又是两个不同使用温度来说,屏蔽的亮度也是不同的,而在所有情况下,屏蔽的亮度就是对频率和对被考虑的温度的亮度值更高的材料亮度。因此,它决定于是同一种材料还是两种不同的材料。
显而易见,当不坚固的材料不受外界的影响时才能确定亮度。
因此,例如确定两个不同使用温度的2A和2B曲线的材料,这一材料从低于予定使用温度起,只要与外部接触就会被损坏了。
当屏蔽制成时,中间层之一应该由这种材料组成,以便通过邻层得到保护,以及能具有2A和2B两条曲线。如果这一材料和外部接触,那末在引起2A曲线的温度上,就有亮度值更弱的2C曲线,而这就不可能用于参予有效屏蔽的组成。
红外射线的频率是在0.8和100微米之间,但是人们认为,在曲线上按使用的材料,屏蔽能够反射比红外射线更广的频率范围。
图2的剖面图表示与本发明一致的屏蔽20。
所表示的屏蔽20包括层21的支撑材料和三层22、23、24的材料。在已知温度下,它对不同频率具有不同反射能力。
支撑材料21是根据予定使用的最高温度而选择的。
例如,如果人们准备使用低于1000度温度的屏蔽,那末支撑材料就将是耐高温的金属化合物;而如果准备使用高于1000度温度的屏蔽,此支撑材料就要使用云母或有机化合物,或者使用碳和碳化硅的混合物。
位于外部的反射材料层24可以金为主要成分,因为它在高温下不被氧化。
中间层22、23可以由能反射金所通过的频率或金重新发射的频率的材料所组成。
因此可用铜、镍、铬、银、铂、钯、钨、钼作为中间任何一层的材料。
同样,这些中间层也可以氮化物为主要成分,如氮化钛、氮化铪、或者以氧化物或陶瓷为主要成分。
因此,组成屏蔽20的厚度可以低于100微米,支撑物的厚度约为5到10微米,接下去的每一层的厚度可低于10微米。
在支撑物上依次沉积的各层可以通过电解,或者通过气相沉淀法,或者通过阴极喷镀来实现。只要沉积各层时所采用的使用方法不损坏前面已沉积的任何一层,或不与上一层沉积的材料进行导致损害的反应就行。
在图3上,表示了按本发明组成的包括两个屏蔽20A和20B的隔热装置,每一个屏蔽至少有两层反射材料。
在这两个屏蔽之间,可发现例如渣棉之类的隔热材料组成的垫30,以限制热的传导。
就外部而言,当这层40是在高温下以及应避免向外辐射的情况下,或者在外部是高温而这层40保持低温的情况下,这种装置确保隔热。
如果对使用温度来说,在足够广的频率范围内,使插入热源和材料30之间的第一个屏蔽重新发出红外射线的话,那么符合本发明的两个屏蔽20A、20B和隔离传导现象的材料30的每一面的使用是必要的。
当插入热源和隔离传导现象的材料30之间的第一个屏蔽20A不重新发射或基本上不重新发射射线时,图4的装置是可以被使用的。在这种情况下,为了固定隔离传导现象的材料30,就实施符合本发明的包括屏蔽20A的装置,其中包括材料30的垫以及用来保持材料30和可能吸收由第一个屏蔽20A所传导的红外射线的残余射线的隔层50。
很显然,在这种情况下,装置是为了使用的,因此,符合本发明的屏蔽20A置于最热的一面,而放有隔离材料的隔层50置于最冷的一面,即力求避免传热的一面。
很显然,没有提到的一些方法也能用来固定20A、30、20B或50,这些隔离装置的构成元件。同样,某些方法用来使装置密封,即如果材料对潮湿或外部敏感的话,就可以避免材料30被损坏和被氧化。
符合本发明的屏蔽具有特别优越性,因为它对频率范围较广的红外射线不透光。如果用现有技术的屏蔽,则就须用大量的屏蔽,而每一个屏蔽都由一层反射材料和一层支撑材料重迭而成。
因此,人们可节省支撑材料,因为只要一层材料就能撑住不限定数目的反射材料层。人们也能制成厚度减少的绝缘装置。
最后,人们能使用在现有技术中由于对外部高温敏感而不能被利用的反射材料。