[发明专利]一种防隔热、承载一体化炭气凝胶/陶瓷层状复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种防隔热、承载一体化炭气凝胶/陶瓷层状复合材料，其特征在于：所述复合材料为四层结构，由内至外依次为炭气凝胶本体层、炭气凝胶-SiC功能梯度层、超高温陶瓷UHTC耗氧层和SiC阻挡层；其中：所述炭气凝胶本体层为高强度炭气凝胶，高强度炭气凝胶中的炭颗粒尺寸为30-800nm，炭颗粒之间相互连接形成三维网络骨架结构；所述炭气凝胶-SiC功能梯度层是由SiC分布到炭气凝胶本体层的表层中形成；所述层状复合材料的制备过程为：首先，以间苯二酚和甲醛为原料，碳酸钠为催化剂，经溶液配置、溶胶凝胶、溶剂置换、常压干燥和高温炭化五个步骤制备出高强度炭气凝胶本体层；其次，采用化学气相渗CVI工艺在高强度炭气凝胶上沉积SiC，获得炭气凝胶-SiC功能梯度层；再次，采用喷涂工艺在所述炭气凝胶-SiC功能梯度层上制备超高温陶瓷UHTC耗氧层；最后，采用化学气相沉积CVD工艺在所述超高温陶瓷UHTC耗氧层上制备SiC阻挡层。

2.根据权利要求1所述的防隔热、承载一体化炭气凝胶/陶瓷层状复合材料，其特征在于：所述高强度炭气凝胶的密度为0.3-0.6g/cm³，压缩强度为10-65MPa，热导率为0.06-0.09W/(m·K)。

3.根据权利要求1所述的防隔热、承载一体化炭气凝胶/陶瓷层状复合材料，其特征在于：所述炭气凝胶-SiC功能梯度层中，SiC的分布随着距离炭气凝胶本体层表面深度的增加而减少。

4.根据权利要求1所述的防隔热、承载一体化炭气凝胶/陶瓷层状复合材料，其特征在于：该层状复合材料的密度为0.35～0.65g/cm³，承温达到1800℃，抗压强度为15～70MPa，热导率为0.08-0.12W/(m·K)；材料经氧乙炔1630℃烧蚀800s后，烧蚀表面完好，质量损失率为0.0005g/s，线烧蚀率为0，表现出很好的抗烧蚀特性。

5.根据权利要求1所述的防隔热、承载一体化炭气凝胶/陶瓷层状复合材料的制备方法，其特征在于：所述高强度炭气凝胶的制备具体包括如下步骤：

(1)溶液配制：将间苯二酚、甲醛水溶液、去离子水和无水碳酸钠按照(380～2700)：(450～3060)：(860～5800)：1的重量比例混合均匀，获得混合液；

(2)溶胶凝胶：将步骤(1)所得混合液置于15-95℃水浴中，保温60-200小时后得到有机湿凝胶；

(3)溶剂置换：将步骤(2)所得有机湿凝胶浸泡于乙醇溶剂中，浸泡温度控制在40～60℃之间，浸泡12小时后将乙醇倒出，并重复该步骤三次以上；

(4)常压干燥：将溶剂置换后的凝胶放入常压干燥箱中，温度设为30～60℃，根据产品尺寸大小，干燥2～10天，获得干凝胶；

(5)炭化处理：将步骤(4)所得干凝胶放入真空炭化炉中，在惰性气氛条件下炭化，升温速度2～10℃/min，炭化终温为900℃，并保温两小时，炭化后即得到所述高强度炭气凝胶。

6.根据权利要求5所述的防隔热、承载一体化炭气凝胶/陶瓷层状复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，将水浴温度调至15～45℃时，保温时间30～80小时；将水浴温度调至45～65℃时，保温时间20～70小时；将水浴温度调至65～95℃时，保温时间10-50小时。

7.根据权利要求1所述的防隔热、承载一体化炭气凝胶/陶瓷层状复合材料的制备方法，其特征在于所述炭气凝胶-SiC功能梯度层的制备过程包括如下步骤：

(1)原料准备：氢气、氩气、三氯甲基硅烷MTS；

(2)将高强度炭气凝胶放入CVI炉中，向炉中通入氢气、氩气和MTS原料，其中氢气流量为0.02-0.2m³/h，氩气流量0.02-0.2m³/h，MTS流量为20-200g/h，其体积比为5:5:1；

(3)调节沉积温度至900-1000℃，沉积30～70小时，即获得所述炭气凝胶-SiC功能梯度层。