【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空航天飞行器，特别是涉及一种复合隔热球及其制备方法和应用。
技术介绍
1、对于可重复使用的航空航天飞行器来说，热防护系统对其飞行安全至关重要。由于飞行器的特殊气动外形以及发动机的复杂形状结构，现有的隔热瓦片或隔热垫在尺寸上受到限制，导致其加工和拼接存在较大困难。此外，相邻的隔热瓦片或隔热垫以及复杂曲面夹缝等区域的间隙可能导致局部隔热能力下降，从而对飞行安全构成威胁。
2、目前常用的修补间隙的材料主要包括有机聚合物发泡材料和无机陶瓷纤维材料。然而，无机陶瓷纤维材料的隔热能力有限，在800～1500℃高温下无法起到很好的隔热效果。而有机聚合物发泡材料在高温下容易失效，虽然一些技术方案尝试加入发泡组分或中空玻璃微球等材料来增强隔热性能，但仍然无法有效地阻挡800～1500℃的高温下以热辐射为主的传热过程。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于，提供一种复合隔热球及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何提供一种复合隔热球，其设有的反射层能够反射热辐射，从而使制得的隔热修补成型材料能够在800～1500℃的高温下有效阻挡以热辐射为主的传热过程。
2、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复合隔热球，其包括：
3、球芯，其为多孔球状结构；所述球芯的材质为氧化铝；
4、隔离层，其设置于所述球芯的外表面；所述隔离层能够防止液体和/或固体渗入到所述球芯表面；所述隔离层的厚度＜100
5、包覆层，其通过粘接剂a粘接在所述隔离层外表面；所述包覆层的材质包括氧化铝和气凝胶；所述气凝胶和氧化铝的质量比为1:15～25；所述包覆层的厚度为300～500μm；和，
6、反射层，其通过粘接剂b粘接在所述包覆层外表面，所述反射层的材质为具有对中远红外光反射率大于0.3～0.6和发射率为0.7～0.9的材料；所述反射层的厚度为80～120μm。
7、优选的，前述的复合隔热球，其中所述球芯的孔容＞0.38ml/g，比表面积＞200m2/g，直径为0.5～5mm；所述反射层表面设置有若干层增强层；所述增强层包括层叠设置的增强包覆层和增强反射层。。
8、优选的，前述的复合隔热球，其中所述粘接剂a为磷酸二氢铝和氧化镁的混合物；所述磷酸二氢铝和氧化镁的质量比为1:0.04～0.06。
9、优选的，前述的复合隔热球，其中所述球芯还包括遮光剂，所述遮光剂设置于所述球芯的内部和/或外表面；所述遮光剂为二氧化钛。
10、优选的，前述的复合隔热球，其中所述粘接剂b为磷酸二氢铝；所述隔离层的材质为石墨；所述反射层的材质为天然鳞片石墨。
11、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复合隔热球的制备方法，其包括以下步骤：
12、s1.制备球芯：将氧化铝粉与粘合剂混合，制球，干燥，在600～800℃下烧结，得到球芯；所述氧化铝与粘合剂的质量比为1:0.05～0.1；
13、s2.制备隔离层：使用石墨纸，采用刮擦法在所述球芯外表面设置隔离层，得到设置有隔离层的球芯；所述隔离层的厚度＜100μm；
14、s3.制备包覆层：将超细氧化铝粉和超细气凝胶粉，按照质量比为1:15～25混合；将所述设置有隔离层的球芯置于粘接剂a溶液中，浸泡10～30s，然后采用滚涂法或刮擦法，将浸泡后的设置有隔离层的球芯与超细氧化铝粉和超细气凝胶粉混合物混合，烘烤，得到设置有包覆层的球芯；
15、s4.制备反射层：将所述设置有包覆层的球芯置于粘接剂b溶液中，浸泡10～30s，然后采用滚涂法或刮擦法在所述设置有包覆层的球芯表面设置反射层；所述反射层的材质为对中远红外光反射率大于0.3～0.6和发射率为0.7～0.9的材料，得到复合隔热球。
16、优选的，前述的制备方法，其中将氧化铝粉与遮光剂和粘合剂混合；所述氧化铝与所述遮光剂的质量比为1:0.01～0.1。
17、优选的，前述的制备方法，将超细氧化铝粉和超细气凝胶粉，按照质量比为1:15～25混合；将设置有反射层的球芯置于粘接剂a溶液中，浸泡10～30s，然后采用滚涂法或刮擦法，将浸泡后的设置有反射层的球芯与超细氧化铝粉和超细气凝胶粉混合物混合，烘烤，得到设置有包覆层的球芯，然后执行步骤s4；执行该步骤n次，n为自然数，得到复合隔热球。
18、优选的，前述的制备方法，其中所述粘合剂选自聚乙二醇；所述粘接剂a为磷酸二氢铝和氧化镁的混合物；所述磷酸二氢铝和氧化镁的质量比为1:0.04～0.06；所述粘接剂b为磷酸二氢铝。
19、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隔热修补成型材料，按照质量百分比计，其包括：60～90％复合隔热球、0～10％普通硅酸盐水泥、0～10％普通铝酸钙水泥、0.1～5％水泥速凝剂、0～3％天然鳞片石墨、1～15％磷酸二氢铝、0～7％硅酸钾水溶液、0～7％硅酸钠水溶液、0～2％氟硅酸钠、0.1～10％活性氧化铝粉末和0.1～10％水；所述复合隔热球为上述的复合隔热球。
20、借由上述技术方案，本专利技术提出的一种复合隔热球及其制备方法和应用至少具有下列优点：
21、本专利技术所述的复合隔热球以低密度多孔氧化铝作为球芯，其是由微米/亚微米尺寸氧化铝原晶堆积构成，具有大量的介孔/大孔结构，并且微米/亚微米原晶之间接触面较小，因此可有效降低热传导与对流传热过程。
22、本专利技术所述的复合隔热球设置有包覆层，包覆层由氧化铝和气凝胶组成，其中，由于气凝胶的强度较低，所以需要使用加入适量的氧化铝，提供一定的支撑强度，此外，氧化铝还能够起到良好的隔热效果；在使用过程中，需要将几十个，甚至成百上千个复合隔热球一起使用，在使用过程中，复合隔热球和复合隔热球之间紧密接触，因此热量会通过热传导的方式传播，而本专利技术通过设置由氧化铝和气凝胶组层的包覆层能够有效防止复合隔热球和复合隔热球之间的热量传递，从而提高复合隔热球的隔热效果。
23、本专利技术所述的复合隔热球设置有反射层，所述反射层由光滑的石墨制成，光滑的石墨能够有效反射在高温下产生的热辐射，进一步降低辐射传热，从而起到隔热的作用。在使用过程中，将若干个复合隔热球结合到一起使用，在堆积过程中，若干个复合隔热球的光滑石墨层会共同形成迷宫辐射热反射结构，使热辐射在迷宫内进行多次反射，从而能够起到有效隔绝热辐射的作用。
24、上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
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1.一种复合隔热球，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的复合隔热球，其特征在于，所述球芯的孔容＞0.38mL/g，比表面积＞200m2/g，直径为0.5～5mm；所述反射层表面设置有若干层增强层；所述增强层包括层叠设置的增强包覆层和增强反射层。
3.根据权利要求1所述的复合隔热球，其特征在于，所述粘接剂A为磷酸二氢铝和氧化镁的混合物；所述磷酸二氢铝和氧化镁的质量比为1:0.04～0.06。
4.根据权利要求1所述的复合隔热球，其特征在于，所述球芯还包括遮光剂，所述遮光剂设置于所述球芯的内部和/或外表面；所述遮光剂为二氧化钛。
5.根据权利要求1所述的复合隔热球，其特征在于，所述粘接剂B为磷酸二氢铝；所述隔离层的材质为石墨；所述反射层的材质为天然鳞片石墨。
6.一种权利要求1～5任一权利要求所述的复合隔热球的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将氧化铝粉与遮光剂和粘合剂混合；所述氧化铝与所述遮光剂的质量比为1:0.01～0.1。
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