[发明专利]一种基于毛细作用制备密度梯度防热材料的方法

说明书

一种基于毛细作用制备密度梯度防热材料的方法，本发明涉及密度梯度防热材料的制备方法领域。本发明要解决现有引入超高温陶瓷组分操作过程复杂且所制复合材料成本高、设备要求高的技术问题。方法：一、碳纤维编织体浸泡于含酚醛树脂的料浆中，经固化后进行热处理获得多孔C/C复合材料；二、将多孔C/C复合材料上表面浸于含超高温陶瓷组分的料浆中，经振动、超声以及干燥工艺，再进行热处理；三、重复步骤二工艺，获得表面超高温陶瓷改性的密度梯度C/C防热材料。本发明制备的复合材料兼具可调密度梯度、抗烧蚀和抗氧化性能好的特点，操作过程简单、设备要求低、安全系数高且可制备大尺寸部件。本发明制备的防热材料适用于飞行器的防热材料。

技术领域

本发明涉及密度梯度防热材料的制备方法领域。

背景技术

国防是一个国家生存和发展的安全保障，是国家独立自主的前提，也是国家繁荣发展的重要条件。高超声速飞行器作为未来航空航天领域的战略制高点，具有重大的国防意义和潜在的商用价值，受到了来自美国、欧洲、俄罗斯以及日本等发达国家的高度关注。高超声速飞行器在飞行过程中，由于受到极端的气动加热，其尖锐鼻锥等关键部件将面临高温和大温度梯度热冲击环境，为不影响飞行器的升阻比和精准度，因此对长时间超高温非烧蚀型防热材料提出了迫切需求。

C/C复合材料因具有高比强与比模、较低的密度、优良的耐高温与抗烧蚀等性能而成为一种理想的防热结构材料，且已成功应用于如火箭发动机喷管与喉衬、导弹鼻锥、飞机刹车片等领域。但随着航空航天技术的快速发展，防热结构材料将面对更加严酷的服役环境。然而现有C/C复合材料由于耐温性能差、抗烧蚀性能不足已经不能满足当前热防护要求。因此，在C/C复合材料中引入超高温陶瓷组分被认为是提高其耐温性、抗烧蚀性能的有效途径。

现有的引入超高温陶瓷组分的工艺方法有聚合物浸渍裂解法、刷涂法、反应熔渗法、化学气相渗透法、化学气相沉积法等。这些工艺方法成本高、操作过程复杂、设备要求高等。

发明内容

本发明要解决现有引入超高温陶瓷组分操作过程复杂且所制复合材料成本高、设备要求高的技术问题，而提供的一种基于毛细作用制备密度梯度防热材料的方法。

一种基于毛细作用制备密度梯度防热材料的方法，其特征在于该方法是按以下步骤进行的：

一、将碳纤维编织体在真空条件下，浸泡在酚醛树脂水溶液中，经固化后再放入惰性保护气氛高温炉中或放入真空高温炉中，进行热处理，获得多孔C/C复合材料；

二、将步骤一得到的多孔C/C复合材料上表面浸泡在含超高温陶瓷组分的料浆中，经过振动、超声和干燥工艺，再放入惰性保护气氛高温炉中或放入真空高温炉中，进行热处理，获得表面超高温陶瓷改性的多孔C/C复合材料；

三、重复步骤二工艺，直至相邻两次得到的表面超高温陶瓷改性的多孔C/C复合材料增重小于1％，获得表面超高温陶瓷改性的密度梯度C/C防热材料，完成所述基于毛细作用制备密度梯度防热材料的方法。

步骤二中含超高温陶瓷组分的料浆的质量或体积取决于所需防热材料密度梯度化程度以及性能的要求。

本发明的有益效果是：

本发明提出的一种基于毛细作用制备密度梯度防热材料的方法，利用多孔材料的毛细作用吸附超高温陶瓷组分并通过吸附时间来控制引入超高温陶瓷组分的含量，制备出具有密度梯度的防热材料。本发明的优点在于：(1)本发明具有操作过程简单、设备要求低、安全系数高并可制备大尺寸部件等优点；(2)本发明制备的防热材料兼具密度梯度、抗氧化烧蚀性能好的特点。经表面超高温陶瓷改性的多孔C/C复合材料具有相对致密的抗烧蚀陶瓷上表面，而陶瓷改性的上表面与改性材料基体内部的陶瓷呈梯度、连续分布，无明显的物理界面，使复合材料整体的抗热冲击性能和抗烧蚀性能得到良好改善，在热流量为2.0MW/m²电弧风洞环境下烧蚀1000s后无明显烧蚀。

本发明用于制备表面超高温陶瓷改性的密度梯度C/C防热材料。