一种刚性隔热瓦及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种刚性隔热瓦及其制备方法。所述方法包括(1)配制包含烧结助剂溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液；(2)用步骤(1)配制的烧结助剂前驱体溶液浸渍纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；和(3)将步骤(2)得到的刚性隔热瓦坯体依次经过胶凝、干燥和烧结的步骤，制得刚性隔热瓦。本发明专利技术制得的刚性隔热瓦的密度优选为0.1～0.8g/cm

Rigid heat insulating tile and preparation method thereof

The invention relates to a rigid heat insulating tile and a preparation method thereof. The method comprises: (1) preparing sintering promoter precursor solution containing sintering promoter sol and catalyst; (2) impregnating fiber body with sintering promoter precursor solution prepared by step (1) obtaining rigid insulating tile body; and (3) preparing rigid insulating tile body obtained by step (2) through cementing, drying and sintering steps in turn. Rigid insulation tile. The density of the rigid heat insulation tile manufactured by the invention is preferably 0.1 to 0.8g/cm.

【技术实现步骤摘要】
一种刚性隔热瓦及其制备方法
本专利技术属于功能复合材料
，尤其涉及一种刚性隔热瓦及其制备方法。
技术介绍
刚性隔热瓦，例如刚性陶瓷隔热瓦是由耐高温陶瓷纤维(如石英、氧化铝、硅酸铝纤维等)与烧结助剂在高温下烧结而成的刚性多孔材料，该刚性多孔材料从20世纪80年代开始，在美国航天飞机上得到了广泛应用，并在美国X系列飞行器上发挥了重要的作用。目前，刚性陶瓷隔热瓦大致经历了三代的发展(参见：J.Cleland,F.Iannetti.ThermalProtectionSystemoftheSpaceShuttle.NASAContractorReport,1989,4227.)：(1)第一代刚性隔热瓦为全石英纤维刚性隔热瓦(LI系列隔热瓦和AIM隔热瓦)，其中AIM隔热瓦使用纯度为99.7％的无定形石英纤维为原料并往其中添加了硅溶胶高温烧结而成，由于石英纤维在超过1200℃下烧结会发生晶化现象，体系的烧结温度不能实现石英纤维和硅溶胶的充分烧结，硅溶胶主要充当了粘结剂的作用。(2)第二代刚性隔热瓦为耐火纤维复合材料隔热瓦(FRCI隔热瓦)。FRCI隔热瓦由78％的石英纤维和22％的硼硅酸铝纤维组成，高温下硼硅酸铝纤维中的硼元素氧化形成氧化硼，进而同石英纤维发生反应，在纤维搭接点及纤维表面形成硼硅酸铝类物质，从而实现隔热瓦体系的烧结及力学性能的提升。(3)第三代刚性隔热瓦以高温特性材料(HTP隔热瓦)和氧化铝增强热屏蔽隔热瓦(AETB隔热瓦)为代表。HTP隔热瓦由78％的石英纤维、22％的氧化铝纤维以及3％的氮化硼组成。AETB隔热瓦由石英纤维、氧化铝纤维以及硼硅酸铝纤维组成，AETB隔热瓦经过高温处理后其中的硼硅酸铝纤维中的硼元素氧化形成氧化硼，进而同石英纤维和氧化铝纤维发生反应，在纤维搭接点及纤维表面形成硼硅酸铝类物质，从而实现隔热瓦体系的烧结及力学性能的提升。综上，目前的刚性隔热瓦除了第一代刚性隔热瓦之外，其后的刚性隔热瓦都采用硼类物质作为烧结助剂：一种是添加硼硅酸铝纤维从而提供烧结必须的硼元素，另一种是在体系中添加非金属硼化物粉末作为烧结助剂。而硼硅酸铝纤维生产难度较大、生产成本高、国内还没有相应的产品；此外，硼硅酸铝纤维的直径较大，硼硅酸铝纤维的加入也会导致刚性隔热瓦的热导率增加。因此目前制备的刚性隔热瓦主要还是以氮化硼或碳化硼为烧结助剂，采用粉末添加的方式复合至纤维坯体中(参见：王衍飞.气凝胶复合陶瓷纤维刚性隔热瓦的制备及性能研究.国防科学技术大学学位论文,2008)。但是，此种复合方法会造成烧结助剂在刚性隔热瓦中的分布不均匀，经高温烧结后，刚性隔热瓦会因为烧结助剂分布不均而引起不同部位力学性能的差异、降低刚性隔热瓦的力学性能、劣化材料的综合性能，对最终制得的刚性隔热瓦产品的性能具有非常不利的影响。刚性隔热瓦作为最主要的热防护材料之一，目前的研究工作还均专注在以刚性隔热瓦为基体制备热防护复合材料的研究上，而目前刚性隔热瓦的制备方法很难得到综合性能更优异的均匀性刚性隔热瓦。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种综合性能优异的刚性隔热瓦及其制备方法。本专利技术制备过程简单、制备成本低、可以提高烧结助剂在纤维坯体中的分布均匀性；本专利技术制得的刚性隔热瓦的均匀性得以提高、综合性能更优异。为了实现上述目的，本专利技术在第一方面提供了一种刚性隔热瓦的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)配制包含烧结助剂溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液；(2)用步骤(1)配制的烧结助剂前驱体溶液浸渍纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；和(3)将步骤(2)得到的刚性隔热瓦坯体依次经过胶凝、干燥和烧结的步骤，制得刚性隔热瓦。优选地，所述烧结助剂溶胶的浓度为0.01wt％～50wt％；和/或所述烧结助剂溶胶选自由硼化物溶胶、硅化物溶胶、硼硅化物溶胶、铝化物溶胶和锆化物溶胶组成的组。优选地，所述烧结助剂溶胶与所述催化剂的质量比为100：(0.01～20)；和/或所述催化剂选自由盐酸、氟化铵溶液、氨水和六次甲基四铵溶液组成的组。优选地，所述干燥的温度为75℃～85℃，所述干燥的时间为36～60h；和/或所述烧结的温度为900℃～1600℃，所述烧结的时间为2～4h。优选地，所述方法还包括在步骤(2)之前进行纤维坯体的制备步骤，该制备步骤包括如下子步骤：(a)用水将陶瓷纤维混合均匀，得到浆料；(b)将步骤(a)得到的浆料过滤后经湿法成型，得到纤维湿坯；和(c)将步骤(b)得到的纤维湿坯于60℃～300℃下烘干，制得纤维坯体。优选地，所述陶瓷纤维选自由石英纤维、氧化铝纤维、硅酸铝纤维和氧化锆纤维组成的组；和/或所述陶瓷纤维的用量为所述水的用量的0.1wt％～1wt％。优选地，所述刚性隔热瓦中陶瓷纤维的质量百分含量为85％～99.5％。优选地，在步骤(1)中，以水和/或有机溶剂为溶剂配制所述烧结助剂前驱体溶液。特别地，所述有机溶剂选自由甲醇、乙醇、丙酮和乙腈组成的组；优选的是，所述有机溶剂为乙醇。本专利技术在第二方面提供了由本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的刚性隔热瓦；优选的是，所述刚性隔热瓦的密度为0.1～0.8g/cm3，室温热导率为0.05～0.12W/(m·K)，厚度方向拉伸强度为0.1～6.0MPa。本专利技术与现有技术相比至少具有如下的有益效果：(1)本专利技术采用溶胶-凝胶的方法将作为烧结助剂的溶胶(烧结助剂溶胶)复合至纤维坯体中，提高了烧结助剂在纤维坯体中的分布均匀性。本专利技术人发现，在干燥过程中，烧结助剂并没有发生迁移，从而避免了采用粉末添加的方式或简单溶液浸渍的方式将烧结助剂复合至纤维坯体中带来的烧结助剂分布不均匀的问题；此外，本专利技术采用溶胶-凝胶方法复合，还能够准确计算烧结助剂在纤维坯体中的含量，有利于精确控制刚性隔热瓦的性能。(2)本专利技术方法扩宽了用于制备刚性隔热瓦的烧结助剂的种类，使得用于制备刚性隔热瓦的烧结助剂不局限于硼类物质。(3)本专利技术制备过程简单、制备成本低，适用于制备多种均匀性复合材料，具有普适性。(4)本专利技术制得的刚性隔热瓦中烧结助剂能够在纤维坯体中均匀分布，所制得的刚性隔热瓦的均匀性(例如密度的均匀性)有较大程度提高，综合力热性能更优。(5)本专利技术所制得的刚性隔热瓦在高马赫数航天飞行器、极端环境的高效防隔热领域具有重要的应用价值。附图说明图1是本专利技术的制备流程图。图2是本专利技术实施例1中制得的刚性隔热瓦的实物图和微观结构图(扫描电子显微镜图)。图中(a)表示刚性隔热瓦的实物图；图中(b)表示刚性隔热瓦的微观结构图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术在第一方面提供了一种刚性隔热瓦的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)配制包含烧结助剂溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液；(2)用步骤(1)配制的烧结助剂前驱体溶液浸渍(例如负压浸渍)纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；和(3)将步骤(2)得到的刚性隔热瓦坯体依次经过胶凝、干燥和烧结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种刚性隔热瓦的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)配制包含烧结助剂溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液；(2)用步骤(1)配制的烧结助剂前驱体溶液浸渍纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；和(3)将步骤(2)得到的刚性隔热瓦坯体依次经过胶凝、干燥和烧结的步骤，制得刚性隔热瓦。

【技术特征摘要】
1.一种刚性隔热瓦的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)配制包含烧结助剂溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液；(2)用步骤(1)配制的烧结助剂前驱体溶液浸渍纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；和(3)将步骤(2)得到的刚性隔热瓦坯体依次经过胶凝、干燥和烧结的步骤，制得刚性隔热瓦。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述烧结助剂溶胶的浓度为0.01wt％～50wt％；和/或所述烧结助剂溶胶选自由硼化物溶胶、硅化物溶胶、硼硅化物溶胶、铝化物溶胶和锆化物溶胶组成的组。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述烧结助剂溶胶与所述催化剂的质量比为100：(0.01～20)；和/或所述催化剂选自由盐酸、氟化铵溶液、氨水和六次甲基四铵溶液组成的组。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述干燥的温度为75℃～85℃，所述干燥的时间为36～60h；和/或所述烧结的温度为900℃～1600℃，所述烧结的时间为2～4h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(2)之前进行纤维坯体的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凡，郭慧，李文静，刘斌，鲁胜，赵英民，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11