[发明专利]一种高发射高抗压一体化热防护材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高发射高抗压一体化热防护材料，其特征在于以高模量纤维毡为骨架支撑，填充高抗压强度、低热导率C‑Al₂O₃气凝胶，表面为高发射率涂层。采用溶胶‑凝胶法结合二氧化碳超临界干燥技术和高温热处理过程，在高模量纤维毡内部填充C‑Al₂O₃气凝胶，形成高抗压强度基体材料；再采用料浆喷涂和快速热处理方法在其表面制备二硅化钼‑铝硼硅酸盐玻璃高发射率涂层，形成高发射高抗压一体化热防护材料。该一体化材料可承受1200℃高温，密度仅为0.25‑0.36g/cm³，在0.3‑2.5μm波长范围内发射率均大于0.8，可有效辐射热量，内部C‑Al₂O₃气凝胶填充的高模量纤维毡具有0.035‑0.050W·m^‑1·K^‑1的低热导率和6‑9MPa的高抗压强度。

技术领域

本发明属于防隔热材料制备领域，具体涉及一种高发射高抗压一体化热防护材料及其制备方法。

背景技术

对于可重复使用空天飞机，当发射和再入大气层时，其表面由于剧烈的气动加热问题使其承受1000℃以上的超高温。高温的蓄积对机体安全造成巨大威胁，在太空环境下，具有优良辐射性能的高发射率材料成为极具应用价值的热防护材料。同时，空间或临近空间严苛的环境对机体表面热防护材料提出了具体而迫切的高抗压要求。此前国内外广泛研究的热防护材料，大多具有发射率低、抗压强度差、热导率高、可重复使用性能不足等缺陷。而C-Al₂O₃气凝胶填充高模量纤维毡兼具有高抗压、低密度、低热导等优势，基于此制备的高发射率一体化热防护材料，兼具高辐射性能和高抗压强度，使其有效满足复杂空间环境热防护需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为了改进现有技术的不足而提供一种高发射高抗压一体化热防护材料及其制备方法，本发明还提供了上述材料的制备方法；本发明可重复使用空天飞机表面承受1200℃的一体化热防护材料，同时具有高发射率和高抗压强度，起到快速辐射表面积蓄热量和适应复杂空间环境的作用。

本发明的技术方案为：一种高发射高抗压一体化热防护材料，其特征在于以高模量纤维毡为骨架支撑，填充高抗压强度、低热导率气凝胶，表面为铝增强高发射率硅化物涂层；其中所述的高抗压强度、低热导率气凝胶为C-Al₂O₃复合气凝胶；所述的铝增强高发射率硅化物涂层由质量百分量为10-30％MoSi₂和质量百分量为70-90％的铝硼硅酸盐玻璃组成。

优选所述的高模量纤维毡为碳纤维毡、碳化硅纤维毡或石墨纤维毡。

优选所述的铝硼硅酸盐玻璃的组分及各组分的质量百分量分别为：3-5％的Al₂O₃，70-80％的SiO₂和15-25％的Na₂B₄O₇·10H₂O。

优选所述的高发射高抗压一体化热防护材料的表观密度0.25-0.36g/cm³；内部隔热材料抗压强度为6-9MPa，热导率0.033-0.050W·m^-1·K^-1，表面涂层发射率为0.8-0.9。

本发明还提供可上述的高发射高抗压一体化热防护材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)气凝胶填充的高模量纤维毡的制备：以高模量纤维毡为增强体，以间苯二酚-甲醛溶液(RF)为碳源，无机铝盐为铝源，环氧化物为网络形成剂，混合均匀后，经溶胶-凝胶过程、老化、溶剂置换和超临界干燥，再经惰性气体保护热处理过程后得到气凝胶填充的高模量纤维毡；