一种微烧蚀隔热材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微烧蚀隔热材料，其包含烧蚀树脂材料和刚性隔热材料，所述刚性隔热材料包含陶瓷基体和气凝胶材料。本发明专利技术还提出了一种微烧蚀隔热材料的制备方法，该方法包括气凝胶材料与陶瓷基体复合制备刚性隔热材料，刚性隔热材料与烧蚀树脂材料的复合，烧蚀树脂材料的凝胶、干燥和固化等步骤。可以根据不同使用需求，调节刚性隔热材料和烧蚀树脂材料比例、刚性隔热材料沿厚度方向所复合烧蚀树脂材料的组成和结构。该材料可设计性强，超高温隔热性能优异，维形能力强，具有较好的加工性能，能够制成各种型面和尺寸，在再入式飞行器外防护领域和超高温发动机热防护领域具有非常好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种微烧蚀隔热材料，其包含烧蚀树脂材料和刚性隔热材料，所述刚性隔热材料包含陶瓷基体和气凝胶材料。本专利技术还提出了一种微烧蚀隔热材料的制备方法，该方法包括气凝胶材料与陶瓷基体复合制备刚性隔热材料，刚性隔热材料与烧蚀树脂材料的复合，烧蚀树脂材料的凝胶、干燥和固化等步骤。可以根据不同使用需求，调节刚性隔热材料和烧蚀树脂材料比例、刚性隔热材料沿厚度方向所复合烧蚀树脂材料的组成和结构。该材料可设计性强，超高温隔热性能优异，维形能力强，具有较好的加工性能，能够制成各种型面和尺寸，在再入式飞行器外防护领域和超高温发动机热防护领域具有非常好的应用前景。【专利说明】
本专利技术涉及一种烧蚀复合材料及其制备方法，特别是涉及一种具备维形和功能梯度的烧蚀复合材料及其制备方法。
技术介绍
再入式航天飞行器在大气层内飞行时，飞行器外表面承受高气流冲刚，温度高达2000-10000°C，必须采用高效烧蚀吸热/隔热一体化系统对飞行器进行热防护。传统烧蚀材料(包括低密度和高密度)以酚醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚四氟乙烯等为烧蚀基体，以纤维、酚醛微球、玻璃微球和玻璃钢蜂窝等作为填充剂或增强材料复合而成。在高气动热流下，通过表面烧蚀吸收热量，从而维持下表面材料在一定的温度以下，保证下表面材料的结构稳定性。然而该类型材料烧蚀后热导率较大，无法进一步阻止热流传递，从而无法发挥材料的长期烧蚀/隔热性能。并且由于玻璃纤维、碳纤维、玄武岩棉、玻璃微球等增强材料或填料烧蚀后容易出现脱落、剥离等现象，难以维持烧蚀/隔热材料的气动外形。针对传统烧蚀材料难以维持气动外形和无法长时烧蚀和隔热等缺点，本申请提供了一种微烧蚀隔热复合材料，该材料由烧蚀树脂材料复合刚性隔热材料制备而成，烧蚀树脂材料具备烧蚀和隔热功能，刚性隔热材料具备维形和隔热功能。赋予该材料最大的优点是:安全可靠、适应外部加热变化的能力强、工作时间长、并可承受高气动热流，维形和隔热能力强。因此，该类型材料有可能作为烧蚀、维形和隔热材料在各类再入式飞行器上得到应用，并且其特殊的性能也将使其成为超高温发动机的备选材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是 提供一种高效的微烧蚀隔热复合材料及其制备方法，用该方法制备的材料可以有效发挥烧蚀、隔热和维形功能，有望作为外防热材料在各类高超声速航天飞行器上得到应用，更有可能在再入式航天飞行器上得到广泛应用。本专利技术的目的是通过如下技术方案来实现的:1、一种微烧蚀隔热复合材料，其中，所述微烧蚀隔热复合材料包含烧蚀树脂材料和刚性隔热材料，所述刚性隔热材料包含陶瓷基体和气凝胶材料。2、如技术方案I所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述微烧蚀隔热复合材料由所述烧蚀树脂材料复合所述刚性材料制得，所述刚性隔热材料由所述陶瓷基体复合气凝胶材料制得。3、如技术方案I或2所述的微烧蚀隔热复合材料，所述陶瓷基体由陶瓷基体材料制得，所述陶瓷基体材料包括陶瓷纤维基体或陶瓷泡沫。4、如技术方案I至3中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述陶瓷基体的密度为 0.05g/cm3-l.5g/cm3。5、如技术方案3所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述陶瓷泡沫包括由氧化锆、氧化铝、氧化硅组成的组中的一种或者多种。6、如技术方案5所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述陶瓷泡沫的孔隙率为30%-95%。7.如技术方案3所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述陶瓷纤维基体由重量比为100:1-20的耐高温纤维和耐高温纤维添加剂组成。8.如技术方案7所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述耐高温纤维包括由氧化锆纤维、石英纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维、高硅氧纤维和玄武岩纤维组成的组中的一种或者多种。9.如技术方案7或8所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述耐高温纤维的直径为I μ m -20 μ m010.如技术方案9所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述耐高温纤维的直径为Iμ m -3 μ m011、如技术方案7至10中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述耐高温纤维的纤维长度为Imm-100mm。12、如技术方案11所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述耐高温纤维的纤维长度为2mm-5mmο13、如技术方案7至12中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述耐高温纤维的耐温性不低于1000°C。`14、如技术方案7至13中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述耐高温纤维的耐温性大于1200°C。15、如技术方案7至14中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述耐高温纤维添加剂包括抗辐射剂和/或高温粘结剂。16、如技术方案7至15中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述烧蚀树脂材料和刚性隔热材料的质量比为1: 0.2-30。17、如技术方案16所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述抗辐射剂选自由SiC、Cr2O3> CoO2, TiO2和Al2O3组成的组中的一种或者多种。18、如技术方案16或17所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，并且所述抗辐射剂与所述耐高温纤维的重量比为I-30: 100。19、如技术方案16至18中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述高温粘结剂选自由硼硅、B4c、B4N, B2O3组成的组中的一种或者多种。20、如技术方案16至19中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述高温粘结剂与所述耐高温纤维的重量比I-10: 100。21、如技术方案I至20中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述气凝胶选自由SiO2气凝胶、Al2O3气凝胶、ZrO2气凝胶、炭气凝胶和陶瓷气凝胶组成的组中的一种或者多种。22、如技术方案I至21中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述气凝胶与所述陶瓷基体的重量比为0.1-90: 0.2-30。23、如技术方案21或22中所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述陶瓷气凝胶选自由碳化硅气凝胶和硅硼碳氮气凝胶组成的组。24、如技术方案I至23中所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述微烧蚀隔热复合材料还包含烧蚀树脂固化剂和/或烧蚀树脂添加剂。25、如技术方案I至24中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述烧蚀树脂包括由硼酚醛树脂、钡酚醛树脂、高残炭酚醛树脂、有机硅树脂组成的组中的一种或者多种。 26、如技术方案I至24中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述烧蚀树脂为所述微烧蚀隔热复合材料的I重量％ -100重量％。27.如技术方案24至26中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述烧蚀树脂固化剂包含六次甲基四胺、苯胺、三聚氰胺、对甲苯磺酸、对甲苯磺酰氯和石油磺酸组成的组中的一种或者多种。28、如技术方案24至27中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述烧蚀树脂材料固化剂占所述烧蚀树脂材料的重量比为0.1-10%。29、如技术方案24至27中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述烧蚀树脂添加剂为多面体低聚倍半硅氧烷杂化物和/或丁腈橡胶。30、如技术方案24至29中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述烧蚀树脂添加剂占所述烧蚀树脂材料的重量比为0-80%。31、如技术方案I至30中任一项所述的微烧蚀隔热复合材料，其中，所述烧蚀树脂材料和刚性隔热材料的复合程度沿刚性隔热材料厚度方向在15%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微烧蚀隔热复合材料，其中，所述微烧蚀隔热复合材料包含烧蚀树脂材料和刚性隔热材料，所述刚性隔热材料包含陶瓷基体和气凝胶材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏力军，刘斌，张凡，宋寒，邹军锋，张昊，周玉贵，郭慧，赵英民，裴雨辰，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
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