耐高温封堵隔热材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术是关于耐高温封堵隔热材料及其制备方法和应用。所述耐高温封堵隔热材料包括：多孔复合材料本体；表面玻璃碳化的碳气凝胶层，设置于所述多孔复合材料本体的表面上；所述表面玻璃碳化的碳气凝胶层，其一侧表面为碳气凝胶层，另一侧表面为玻璃碳化层；所述碳气凝胶层朝向所述多孔复合材料本体的方向设置；低密度隔热材料层，设置于所述玻璃碳化层的表面上。本发明专利技术所解决的技术问题是如何降低耐高温多孔复合材料的气体透过率，以避免或减缓耐高温多孔复合材料的大孔隙和高孔隙率导致超高温设备和高速飞行器中产生气体外泄现象而影响到其外部系统的运行，从而更加适于实用。从而更加适于实用。

【技术实现步骤摘要】
耐高温封堵隔热材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于耐高温隔热材料
，特别是涉及一种耐高温封堵隔热材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]对于一些超高温设备和高速飞行器来说，为了满足其耐高温、高强度等性能要求，这些超高温设备和高速飞行器的基体材料多采用以碳或碳化硅为基材的多孔复合材料制备。而由于目前制备工艺的限制，这些多孔复合材料的在孔隙大小及孔隙率方面均存在较大缺陷，往往会有大孔隙和高孔隙率，使得在高速气流的作用下容易导致该超高温设备和高速飞行器产生严重的气体外泄，对所述超高温设备和高速飞行器的电子元器件等环境要求严苛的系统造成了严重影响。因此，需要在热防护材料中设计一种可以将气体封堵在内部的材料，以避免或减缓气体外泄的影响。
[0003]目前，对于耐高温多孔复合材料的大孔隙及高孔隙率问题，主要采用以下方法进行解决：其一，是通过改进多孔复合材料的制备工艺或是采用新的工艺来降低孔隙大小及孔隙率；但是，由于耐高温多孔复合材料的制备工艺的限制，当前的工艺还无法有效解决孔隙大小及孔隙率的问题；其二，是采用等离子喷涂、CVD等方法，在多孔复合材料本体形成一定的涂层或将孔隙封堵，来实现降低孔隙大小及孔隙率；但是，由于等离子喷涂和CVD的工艺均要求基底为表面致密的材料，因此无法在多孔复合材料的表面进行镀膜处理。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于，提供一种耐高温封堵隔热材料及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何降低耐高温多孔复合材料的气体透过率，以避免或减缓耐高温多孔复合材料的大孔隙和高孔隙率导致超高温设备和高速飞行器中产生气体外泄现象而影响到其外部系统的运行，从而更加适于实用。
[0005]本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种耐高温封堵隔热材料，其包括：
[0006]多孔复合材料本体；
[0007]表面玻璃碳化的碳气凝胶层，设置于所述多孔复合材料本体的表面上；所述表面玻璃碳化的碳气凝胶层，其一侧表面为碳气凝胶层，另一侧表面为玻璃碳化层；所述碳气凝胶层朝向所述多孔复合材料本体的方向设置；
[0008]低密度隔热材料层，设置于所述玻璃碳化层的表面上。
[0009]本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0010]优选的，前述的耐高温封堵隔热材料，其中在所述玻璃碳化层与所述低密度隔热材料层之间还设置有耐高温致密涂层；所述耐高温封堵隔热材料的气体透过率为30～200cm3/(m
‑2×
d
‑1×
Pa
‑1)。
[0011]优选的，前述的耐高温封堵隔热材料，其中所述多孔复合材料本体与所述表面玻
璃碳化的碳气凝胶层之间通过粘结剂进行粘结；所述耐高温致密涂层与所述低密度隔热材料层通过粘结剂进行粘结。
[0012]优选的，前述的耐高温封堵隔热材料，其中所述碳气凝胶层的厚度为1～20mm，其密度为0.3～1.0g/cm3；所述玻璃碳化层的厚度为0.1～3mm，其密度为0.8～1.5g/cm3。
[0013]优选的，前述的耐高温封堵隔热材料，其中所述耐高温致密涂层选自碳化硅、氧化锆和碳化锆中的至少一种，其厚度为0.5～5mm。
[0014]优选的，前述的耐高温封堵隔热材料，其中所述低密度隔热材料层包括若干隔热预制体层；相邻的所述隔热预制体层之间设置有红外屏蔽层；所述隔热预制体层与所述红外屏蔽层通过高温粘结剂粘结在一起；以质量百分含量计，所述低密度隔热材料层包括70～90％的隔热材料、5～15％的红外屏蔽层和5～20％的高温胶粘剂；所述隔热材料选自硅酸铝纤维，氧化铝纤维，氧化硅纤维，玄武岩纤维，氧化锆纤维，氧化硅气凝胶和碳气凝胶的至少两种；所述红外屏蔽层选自石墨纸，金属箔或聚酰亚胺薄膜；所述高温胶粘剂选自磷酸二氢铝，硅溶胶，锆溶胶或钇溶胶。
[0015]优选的，前述的耐高温封堵隔热材料，其中所述低密度隔热材料层的厚度为5～50mm，密度为0.10～0.50g/cm3，其1600℃时的导热系数≤0.2W/m
·
K，200℃时的导热系数≤0.05W/m
·
K。
[0016]本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种根据前述的耐高温封堵隔热材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0017]1)将表面玻璃碳化的碳气凝胶层粘结在多孔复合材料本体的表面上；所述表面玻璃碳化的碳气凝胶层，其一侧表面为碳气凝胶层，另一侧表面为玻璃碳化层；所述碳气凝胶层朝向所述多孔复合材料本体的方向设置；
[0018]2)将低密度隔热材料层粘结在所述玻璃碳化层的表面上，得到耐高温封堵隔热材料。
[0019]本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0020]优选的，前述的制备方法，其中在步骤1)和步骤2)之间还包括在所述玻璃碳化层表面上设置耐高温致密涂层；
[0021]所述耐高温致密涂层选自碳化硅、氧化锆和碳化锆中的至少一种；
[0022]所述在所述玻璃碳化层表面上设置耐高温致密涂层的方法为采用化学气相沉积方法沉积所述耐高温致密涂层，或者采用等离子喷涂方法喷涂所述耐高温致密涂层，或者采用涂刷方法涂刷所述耐高温致密涂层。
[0023]优选的，前述的制备方法，其中所述表面玻璃碳化的碳气凝胶层的制备步骤如下：
[0024]A、将间苯二酚、甲醛、水和碳酸钠按比例混合均匀，得到碳气凝胶前驱体溶液；
[0025]B、碳气凝胶前驱体溶液静置，得到湿凝胶；静置工艺如下：室温静置12～24h，60℃静置12～24h，70～90℃静置72
‑
84h；
[0026]C、湿凝胶烘干，得到干凝胶；烘干工艺如下：50～80℃干燥24～48h；
[0027]D、干凝胶碳化，降温，得到碳气凝胶；碳化工艺如下：氮气气氛下，以5～15℃/min的升温速度升温至800～1000℃，碳化1～2h；
[0028]E、将碳气凝胶的一面贴合在表面光滑的玻璃器具内，于氮气气氛中局部热解；热解工艺如下：以50～60℃/h的升温速度升温至升1000℃，得到表面玻璃碳化的碳气凝胶。
[0029]优选的，前述的制备方法，其中所述低密度隔热材料层的制备步骤如下：
[0030]A、将隔热材料加工为隔热预制体层；所述隔热材料选自硅酸铝纤维，氧化铝纤维，氧化硅纤维，玄武岩纤维，氧化锆纤维，氧化硅气凝胶和碳气凝胶的至少两种；
[0031]B、在相邻的两层隔热预制体层之间铺设红外屏蔽层；所述红外屏蔽层选自石墨纸，金属箔或聚酰亚胺薄膜；
[0032]C、通过高温粘结剂将所述隔热预制体层与所述红外屏蔽层粘结在一起；所述高温胶粘剂选自磷酸二氢铝，硅溶胶，锆溶胶或钇溶胶；所述隔热材料、红外屏蔽层和高温胶粘剂的质量百分含量比为70～90％：5～15％：5～20％，三者的总和为100％。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温封堵隔热材料，其特征在于，其包括：多孔复合材料本体；表面玻璃碳化的碳气凝胶层，设置于所述多孔复合材料本体的表面上；所述表面玻璃碳化的碳气凝胶层，其一侧表面为碳气凝胶层，另一侧表面为玻璃碳化层；所述碳气凝胶层朝向所述多孔复合材料本体的方向设置；低密度隔热材料层，设置于所述玻璃碳化层的表面上。2.根据权利要求1所述的耐高温封堵隔热材料，其特征在于，在所述玻璃碳化层与所述低密度隔热材料层之间还设置有耐高温致密涂层；所述耐高温封堵隔热材料的气体透过率为30～200cm3/(m
‑2×
d
‑1×
Pa
‑1)。3.根据权利要求2所述的耐高温封堵隔热材料，其特征在于，所述多孔复合材料本体与所述表面玻璃碳化的碳气凝胶层之间通过粘结剂进行粘结；所述耐高温致密涂层与所述低密度隔热材料层通过粘结剂进行粘结。4.根据权利要求2所述的耐高温封堵隔热材料，其特征在于，所述碳气凝胶层的厚度为1～20mm，其密度为0.3～1.0g/cm3；所述玻璃碳化层的厚度为0.1～3mm，其密度为0.8～1.5g/cm3。5.根据权利要求2所述的耐高温封堵隔热材料，其特征在于，所述耐高温致密涂层选自碳化硅、氧化锆和碳化锆中的至少一种，其厚度为0.5～5mm。6.根据权利要求1或2所述的耐高温封堵隔热材料，其特征在于，所述低密度隔热材料层包括若干隔热预制体层；相邻的所述隔热预制体层之间设置有红外屏蔽层；所述隔热预制体层与所述红外屏蔽层通过高温粘结剂粘结在一起；以质量百分含量计，所述低密度隔热材料层包括70～90％的隔热材料、5～15％的红外屏蔽层和5～20％的高温胶粘剂；所述隔热材料选自硅酸铝纤维，氧化铝纤维，氧化硅纤维，玄武岩纤维，氧化锆纤维，氧化硅气凝胶和碳气凝胶的至少两种；所述红外屏蔽层选自石墨纸，金属箔或聚酰亚胺薄膜；所述高温胶粘剂选自磷酸二氢铝，硅溶胶，锆溶胶或钇溶胶。7.根据权利要求1或2所述的耐高温封堵隔热材料，其特征在于，所述低密度隔热材料层的厚度为5～50mm，密度为0.10～0.50g/cm3，其1600℃时的导热系数≤0.2W/m
·
K，200℃时的导热系数≤0.05W/m
·
K。8.一种根据权利要求1至7任一项所述的耐高温封堵隔热材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：1)将表面玻璃碳化的碳气凝胶层粘结在多孔复合材料本体的表面上；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：方凯，张世超，杨渊博，艾兵，孙浩然，孙现凯，闫达琛，陶柳实，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：