[发明专利]一种微烧蚀隔热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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℃，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。

发明内容

本发明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。

本发明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1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1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1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/cm³-1.5g/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1μm～20μm。

10.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1μm～3μm。

11、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1mm～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～5mm。

13、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℃。

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℃。

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。