一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及固体火箭发动机喷管技术领域，具体涉及一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料及制备方法。一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料，为隔热纤维预制体增强碳基复合材料，所述的隔热纤维为高硅氧纤维、石英纤维或陶瓷纤维的一种及以上混杂；所述的预制体结构方式为针刺整体毡、无纬布/网胎针刺、缝合和穿刺结构形式；所述的碳基体采用酚醛树脂和呋喃树脂碳化而成。本发明专利技术提供复合材料的制备方法，制备过程为，1）制备隔热纤维预制体；2）隔热纤维预制体预处理；3）采用真空/压力浸渍树脂；4）采用常压碳化工艺获得树脂碳基体；5）通过重复3）和4）过程次数获得不同密度的复合材料。本发明专利技术有效解决因热膨胀不匹配导致的断裂问题。有效解决因热膨胀不匹配导致的断裂问题。有效解决因热膨胀不匹配导致的断裂问题。

【技术实现步骤摘要】
一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及固体火箭发动机喷管
，具体涉及一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料及制备方法。

技术介绍

[0002]喷管作为固体火箭发动机的重要组成部分，其功能是使燃烧室内产生的高温高压燃气流经喷管时得到加速，产生推动导弹飞行的推力。在喷管结构中，扩散段是实现热能转化为动能的关键部件。固体火箭工作时，由于喷管是固体火箭发动机推重比大小的重要影响因素，而扩散段是固体火箭发动机的主要惰性质量，现代技术要求固体火箭发动机具有较大的推力以及工作效率，从而促使喷管向着质量轻、强度高、抗热抗冲击性能好的方向发展。采用C/C扩散段可降低喷管烧蚀，大幅度降低喷管结构重量，同时具有良好的抗热震性，因此成为喷管扩散段的重点发展方向之一。C/C复合材料具有热导率高的特点，因此不能直接与外壁的金属材料连接，中间需要进行隔热。
[0003]目前应用C/C复合材料扩散段，常采用高硅氧/酚醛或碳/酚醛复合材料进行隔热。
[0004]现用的高硅氧/酚醛或碳/酚醛复合材料与C/C复合材料相比较，存在热膨胀系数大，热解放气的问题，导致C/C扩散段应用过程常出现断裂问题，导致可靠性差。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题
[0006]本专利技术提供一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料及制备方法，以解决现有的复合材料热膨胀系数答热解放气的问题。
[0007]本专利技术采用的技术方案
[0008]一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料，其为隔热纤维预制体增强碳基复合材料，其密度为1.1～1.6g/cm3，
[0009]所述的隔热纤维为高硅氧纤维、石英纤维和陶瓷纤维中的一种及以上混杂；
[0010]所述的预制体结构方式为针刺整体毡、无纬布/网胎针刺、缝合或穿刺结构形式；
[0011]所述的碳基体为树脂碳基体，
[0012]进一步地，所述树脂碳基体可以采用酚醛树脂、呋喃树脂等高残碳树脂碳化而成。
[0013]一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料的制备方法，其制备过程如下：
[0014]1)制备隔热纤维预制体；
[0015]2)隔热纤维预制体预处理；
[0016]3)采用真空/压力浸渍树脂；
[0017]4)采用常压碳化工艺获得树脂碳基体；
[0018]5)通过重复3)和4)过程次数获得不同密度的复合材料。
[0019]本专利技术获得的有益效果
[0020]本专利技术提供的一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料及制备方法，是将隔热纤维
优异的隔热性能与树脂碳基体复合起来，碳基体与C/C扩散段材料的热膨胀系数相匹配，同时具有优异的隔热性能，应用于喷管C/C扩散段的隔热，可解决因热膨胀不匹配导致的断裂问题。
附图说明
[0021]图1：本专利技术的制备方法流程图。
具体实施方式
[0022]本专利技术提供一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料，其为隔热纤维预制体增强碳基复合材料，其密度为1.1～1.6g/cm3，所述的隔热纤维为高硅氧纤维、石英纤维或陶瓷纤维的一种及以上混杂；所述的预制体结构方式为针刺整体毡、无纬布/网胎针刺、缝合或穿刺结构形式；所述的碳基体为树脂碳基体，所述的树脂碳基体采用酚醛树脂、呋喃树脂等高残碳树脂碳化而成。
[0023]一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料的制备方法，其制备过程如下：1)制备隔热纤维预制体；2)隔热纤维预制体预处理；3)采用真空/压力浸渍树脂；4)采用常压碳化工艺获得树脂碳基体；5)通过重复3)和4)过程次数获得不同密度的复合材料。
[0024]为使本专利技术所提出的技术方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图，对本专利技术所提出的技术方案的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。
[0025]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。
[0026]本专利技术实施实例一：
[0027]本专利技术提供一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料及制备方法，如图1所示，为隔热纤维预制体增强碳基复合材料。
[0028]一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料的制备方法，其制备过程如下：
[0029]首先制备隔热纤维预制体，隔热纤维为高硅氧纤维，预制体结构方式为无纬布/网胎针刺结构形式，预制体密度为0.84g/cm3。
[0030]隔热纤维预制体预处理，处理在真空烘箱内进行，处理温度为140℃，处理时间为2小时，全程抽真空；
[0031]采用真空/压力浸渍树脂，浸渍树脂采用呋喃树脂，浸渍温度为70摄氏度，浸渍时间为3小时，浸渍压力为2.0MPa；
[0032]采用常压碳化工艺获得树脂碳基体，最高碳化温度为850℃，保温时间为2小时，全程氮气保护下碳化；
[0033]通过重复3)和4)过程2次。
[0034]获得高硅氧纤维增强树脂碳基复合材料的密度为1.30g/cm3，导热率为4.83W
·
m
‑1·
K
‑
1，线热膨胀系数为8.25
×
10
‑
6℃
‑
1。
[0035]本专利技术实施实例二：
[0036]本专利技术提供一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料的制备方法，如图1所示，其为
隔热纤维预制体增强碳基复合材料。
[0037]一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料的制备方法，其制备过程如下：
[0038]首先制备隔热纤维预制体，隔热纤维为石英纤维，预制体结构方式为针刺整体毡结构形式，预制体密度为0.45g/cm3。
[0039]隔热纤维预制体预处理，处理在真空烘箱内进行，处理温度为120℃，处理时间为3小时，全程抽真空；
[0040]采用真空/压力浸渍树脂，浸渍树脂采用酚醛树脂，浸渍温度为85摄氏度，浸渍时间为5小时，浸渍压力为1.0MPa；
[0041]采用常压碳化工艺获得树脂碳基体，最高碳化温度为800℃，保温时间为1.5小时，全程氮气保护下碳化；
[0042]通过重复3)和4)过程3次。
[0043]获得高硅氧纤维增强树脂碳基复合材料的密度为1.62g/cm3，导热率为6.24W
·
m
‑1·
K
‑
1，线热膨胀系数为5.14
×
10
‑
6℃
‑
1。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低膨胀系数低热导率碳基复合材料，其特征在于：为隔热纤维预制体增强碳基复合材料，其密度为1.1～1.6g/cm3，所述的隔热纤维为高硅氧纤维、石英纤维或陶瓷纤维的一种及以上混杂；所述的预制体结构方式为针刺整体毡、无纬布/网胎针刺、缝合或穿刺结构形式；所述的碳基体为树脂碳基体。2.根据权利要求1所述的低膨胀系数低热导率碳基...

【专利技术属性】
技术研发人员：严科飞，李婷，樊哲，杨俊杰，张川，阿龙嘎，范凯丰，
申请(专利权)人：内蒙古航天红岗机械有限公司，
类型：发明
国别省市：