[发明专利]一种纤维预制体增强气凝胶隔热复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纤维预制体增强气凝胶隔热复合材料，该复合材料采用含有遮光剂的陶瓷纤维预制体为增强体，具有纳米孔的气凝胶为基体，所述陶瓷纤维预制体中的陶瓷纤维与遮光剂的质量比为1：0.1～0.5，遮光剂为TiO2、ZrO2、ZrSiO4、Cr2O3、Fe2O3或SiC中的一种或组合；气凝胶的孔体积大于2.5g/cm3；本发明复合材料及其制备方法显著提高了纤维增强气凝胶隔热材料的高温隔热性能，材料最高使用温度可达1200℃，热稳定性良好，此外，该复合材料力学性能良好，可剪裁、机械加工成各种构件形状，满足不同使用要求。

技术领域

本发明涉及一种纤维预制体增强气凝胶隔热复合材料及其制备方法，属于无机材料领域，所制备的隔热复合材料可作为高超声速飞行器大面积热防护材料。

背景技术

气凝胶材料具有轻质、热导率低的突出特点，特别适合用作高超声速飞行器的大面积隔热材料，阻隔气动热向飞行器内部传递，保护机体安全。此外气凝胶隔热材料还可在建筑、窑炉等行业作为高性能保温材料使用。随着世界范围内能源的日益紧缺，具有优异隔热性能的气凝胶成为高效隔热材料研究的热点领域之一。

气凝胶材料很脆，需要采用纤维增强满足实际使用要求，现有气凝胶隔热材料产品也都是经纤维增强后的气凝胶复合材料。虽然纤维增强气凝胶隔热复合材料制备技术已取得了明显的进步，室温下的热导率可低至 0.02W/m·K，但现有纤维增强气凝胶隔热复合材料高温隔热性能仍有待提高。导致纤维增强气凝胶高温隔热性能不佳的主要原因是，高温环境中，辐射是最主要的传热方式，而目前纤维增强体均采用商品化的陶瓷纤维毡或纤维毯，如：莫来石纤维毯，硅酸铝纤维毯，石英纤维毯等。上述各种纤维毯的高温稳定性很好，但对高温辐射传热的抑制作用非常有限，因此纤维增强气凝胶复合材料高温下的隔热性能亟待进一步提高。

遮光剂是常用的抑制高温辐射的材料，通过对热辐射的散射或吸收可有效降低高温辐射传热，大幅提高材料高温隔热性能。然而，遮光剂一般是粒径几微米的陶瓷颗粒，如：TiO2、Fe2O3、SiC、ZrO2等，难以通过浸渍工艺引入或分散到陶瓷纤维毯中，因此现有纤维增强气凝胶隔热复合材料中通常都不含遮光剂。可见，发展含有遮光剂的纤维增强气凝胶隔热复合材料及制备工艺对此类材料性能的提升具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种纤维预制体增强气凝胶隔热复合材料，显著提高了纤维增强气凝胶隔热材料的高温隔热性能。材料最高使用温度可达1200℃，热稳定性良好，此外，该复合材料力学性能良好，可剪裁、机械加工成各种构件形状，满足不同使用要求。

本发明的另外一个目的在于提供一种纤维预制体增强气凝胶隔热复合材料的制备方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：