[发明专利]一种耐高温树脂基一体化复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，具体公开了一种耐高温树脂基一体化复合材料及其制备方法，包括钢基体，所述钢基体上依次沉积有金属粘接层、RETaO₄陶瓷涂层和耐高温树脂层，所述耐高温树脂层的原料包括无机填料、改性树脂胶体和添加剂，所述无机填料包括氧化铝、碳化硼、玻璃粉、RETaO₄陶瓷粉末、高铝酸盐水泥、膨胀珍珠粉和陶瓷纤维，所述改性树脂胶体包括有机硅树脂、环氧树脂、二甲苯和二氧化硅气凝胶。本发明制备的复合材料的涂层密度小、热导率低，使得该材料的隔热性能优良，能够在1700℃以上高温下使用。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种耐高温树脂基一体化复合材料及其制备方法。

背景技术

火箭发动机通常采用有机涂层进行壳体外部防热，可有效防止发动机在大气层内飞行过程中，因“气动加热”而产生的热烧蚀，确保发动机正常工作，新一代发动机要求此类涂层具有良好的耐热、隔热、力学、使用寿命长等性能要求时，需要降低涂层密度，进一步降低涂层热导率，提高热膨胀系数。

树脂基复合材料具有现代飞机所需的重要特性，如较高的比强度、比模量、尺寸稳定性，优异的耐腐蚀性能、耐磨性、介电性能、电绝缘性能和综合力学性能以及性能的可设计和成形工艺多样性等，因而在航空工业上获得了广泛的应用。

中国航空制造技术研究院报道了一种高温固化阻燃环氧树脂体系复合材料，该树脂可以在150～180℃完全固化，可以用于具有阻燃要求的复合材料结构件；张利军等报道了一种弹性低密度耐高温隔热涂层，该涂层密度为0.62g/cm³，热导率为0.18W/(m.K)^-1，在401℃时DSC失重率仅为6.6％，采用1.0mm涂层时，壳体与涂层界面温度最高为77.3℃，壳体背温度最高为44.5℃；董柳杉等报道了一种新型陶瓷用耐高温胶粘剂的研制与性能研究，制备的耐高温胶粘剂可使Al₂O₃陶瓷接头在经过高温处理后，剪切强度达到9.68MPa，失效模式为混合失效模式。

根据相关报道，目前树脂基材料作为涂层其使用温度均不超过500℃，因此如何提高树脂基复合材料的使用温度依旧是目前研究的重点。

发明内容

本发明提供了一种耐高温树脂基一体化复合材料及其制备方法，以解决现有技术中如何提高树脂基复合材料使用温度的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种耐高温树脂基一体化复合材料，包括钢基体，所述钢基体上依次沉积有金属粘接层、RETaO₄陶瓷涂层和耐高温树脂层，所述耐高温树脂层的原料包括无机填料、改性树脂胶体和添加剂，所述无机填料包括氧化铝、碳化硼、玻璃粉、RETaO₄陶瓷粉末、高铝酸盐水泥、膨胀珍珠粉和陶瓷纤维，所述改性树脂胶体包括有机硅树脂、环氧树脂、二甲苯和二氧化硅气凝胶。

本技术方案的技术原理和效果在于：

1、本方案中稀土钽酸盐RETaO₄的加入，可以降低涂层材料的热导率，提高涂层材料的机械性质，抗烧蚀性能；膨胀珍珠粉是一种低密度，低热导隔热材料，可有效降低材料的热导率，陶瓷纤维在进一步降低热导率的同时可有效提高材料的柔韧性；二氧化硅气凝胶的加入可以改善涂层材料密度，得到轻质，抗烧蚀的防护涂层材料。高铝酸盐水泥是一种耐火材料和胶结材料，可有效提高材料的耐火隔热性能及与材料的胶结性能，同时，高铝酸盐水泥和玻璃粉生成玻璃相陶瓷，可有效提高材料的隔热性能。

2、本方案得到的耐高温树脂层，在高温环境下，碳化硼的加入促进了材料的陶瓷化，与有机物分解产生的碳单质发生还原和吸热反应，带走和降低涂层温度，同时硅环氧树脂和陶瓷化粉末发生一系列的反应，生成陶瓷层，从而阻止聚合物高温裂解的损耗及挥发物的逸出，阻隔外界热量在材料内部传递，起到保护内部材料的作用。