[发明专利]一种高温VIP复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种绝热材料制备方法，特别是涉及一种高温VIP复合材料的制备方法。

背景技术

新型高速航天飞行器具有反应时间短、全球快速到达等特点，是世界各航空航天大国竞相开展的空间技术研究焦点之一。某些新型高速航天飞行器的飞行速度可达10马赫，飞行时间可达几十分钟，飞行器机身表面的气动加热异常严重，并且其超高温部位温度可达1600℃以上，这种严酷的热环境加上紧凑的机体结构带来的空间限制，对热防护系统提出了异乎寻常的挑战。热防护系统中采用的隔热材料必须同时具备耐超高温、超低热导率和足够强度等性能特点，才能有效阻隔机身表面或超高温部位的热量往机身内部传播，同时才能承受超高温、急剧热冲击、强烈振动等严酷的热力环境。陶瓷基复合材料具有强度高，能够耐高温等特点，然而这些材料都具有较高的导热系数，如若用做绝热材料势必增加材料的厚度和重量。若将陶瓷基复合材料做为外壳，内部填充绝热芯材，则使得材料既能在高温下使用，不仅重量大大降低，同时也具有低的热导系数。这将具有巨大的应用前景，特别是在国防工业、航空航天等方面。

文献“申请号为200520112605.6的中国专利”公开了一种真空绝热板。该材料包括阻隔膜层和保温板，所述的阻隔膜层的外表面有一层尼龙保护层，其内表面有一层聚乙烯热封层。文献“申请号为201010235788.6的中国专利”公开了另一种真空绝热板。在板状保温材料的中间设置贯穿保温板的空洞，在空洞的内壁覆有反射膜，并在空洞中放入吸气剂，用高阻隔膜包裹后抽真空，形成空洞式真空绝热板。以上两种真空绝热板采用真空绝热原理制成，通过最大限度提高内部真空度来隔绝热传导，具有极低的热导系数，但是该材料只能用于低温环境下，在高温情况下无法使用。文献“复合材料，尹洪峰，魏剑.冶金工业出版社”介绍了由化学液相浸渗法制备的2D C/SiC复合材料在平行碳纤维方向与垂直碳纤维方向的导热系数分别为14～20.6W/m·K和5.9～7W/m·K。文献“单向C/C复合材料导热系数的计算，陈洁，熊翔，肖鹏.炭素技术，2008，27(2)：1-4”介绍了单向C/C复合材料在平行碳纤维方向与垂直碳纤维方向的导热系数分别为40.65～51.12W/m·K和3.83～5.96W/m·K。国外文献“Ortona A，Gianella S，Pusterla S.An integrated assembly method of sandwich structured ceramic matrix composites[J].Journal of the European Ceramic Society，2011，31(9)：1821-1826.”公开了一种三明治结构复合材料。该材料是由上下两层陶瓷基复合材料层和中间碳化硅泡沫层构成。该材料要比C/C和C/SiC复合材料有更低的导热系数，不过用于其内部并非真空，高温下热辐射传热严重，故其热导率依然相对较大，所以要保证其使用效果，则必将增大碳化硅泡沫层的厚度，以达到隔热效果，这就必将导致材料的重量增加。由以上数据可知，对于一种实心的复合材料，并不能满足极低的导热系数的要求，发明一种具有极低导热系数且能耐超高温的材料则显得极为迫切。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种高温VIP复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

一种高温VIP复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在耐高温低导热系数材料芯材的外表面包覆一层石墨纸，石墨纸的厚度为0.1～0.5mm，芯材为陶瓷泡沫、陶瓷纤维毡、碳纤维毡中的任一种或几种，芯材气孔率为70％～90％；

(2)在包有石墨纸的芯材外表面缠绕碳纤维外壳形成预制件，碳纤维外壳由碳纤维预浸布组成，碳纤维外壳也可以由经过编织的碳纤维而成，碳纤维外壳厚度为2～4mm；

(4)将预制件放入真空化学气相沉积炉中，升温到900-1200℃，通入丙烯、甲烷、氢气、氩气，通过化学气相渗透法把丙烯、甲烷分解产生的碳渗入到外壳中进行增密，形成C/C外壳，沉积时间为100-200h，沉积炉内真空度为0.1Pa～10Pa；

(5)在高温真空炉的底部放置盛有硅粉或者硅块的陶瓷坩埚，将步骤(4)中沉积好的样品悬挂在陶瓷坩埚上方5-10cm处，升温至1500-1600℃，保温10-50h，保持炉内真空度为0.01-1Pa；

(6)得到高温VIP复合材料，材料内部真空度为0.01Pa～1Pa。