一種高抗壓隔熱材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及隔熱材料技術領域，尤其涉及一種高抗壓隔熱材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 現(xiàn)代航天飛行器在大氣層中長時高速巡航的過程中，隨著馬赫數(shù)的不斷提高，飛 行器要承受氣動載荷和熱載荷的共同作用。為了保證飛行器外形結構完整，內部的元器 件正常工作，需要一種有效的熱防護隔熱材料能夠同時滿足高耐溫隔熱和高承載強度的要 求。
[0003] 目前常見的隔熱材料可以分為柔性和剛性兩類，其中柔性隔熱材料耐溫隔熱性能 較好，耐溫性能滿足1000°C使用，導熱系數(shù)< 0. lW/m · K，但抗壓性能較差，抗壓強度通常 < 0. IMPa ;而剛性隔熱材料的抗壓性能較好，抗壓強度接近I. OMPa，但導熱系數(shù)較大，通常 >0. lW/m*K。可見，上述兩類隔熱材料無法同時滿足航天飛行器高抗壓強度和高耐溫隔熱 的需求。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供一種高抗壓隔熱材料及其制備方法， 制備方法簡單、操作簡便、對環(huán)境污染小。該材料在室溫至1200°c應用環(huán)境能夠保持較高的 抗壓性能，同時具備較低的導熱系數(shù)和較好的耐溫隔熱性能，適用于室溫至高溫對材料抗 壓和耐溫隔熱性能要求較高的環(huán)境。
[0005] 具體解決技術方案為：
[0006] 一方面，一種高抗壓隔熱材料，所述高抗壓隔熱材料由纖維陶瓷骨架與溶膠復合 而成，并經(jīng)過干燥和烘箱處理過程；所述纖維陶瓷骨架由纖維基體與增強劑復合而成，并經(jīng) 過干燥、高溫處理過程，所述增強劑用于增加纖維基體的抗壓性；所述纖維基體由石英纖 維、氧化鋁纖維、莫來石纖維和氧化鋯纖維中的至少一種分散后成形為塊狀纖維基體。
[0007] 進一步的，所述纖維的直徑在1 μπι-15 μπι之間，長度在1 μπι-lOmm之間。
[0008] 進一步的，所述增強劑為正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、二氧化硅溶膠、乙二醇、水、鹽 酸、氨水中的一種或多種按照質量比A : B : C : D : E : F : G混合而成的組合，其 中，0彡A彡 100 : 0彡B彡 100 : 0彡C彡 100 : 0彡D彡 1000 : 100彡E彡 1000 : 1 彡F彡5 : 100 彡G彡1000。
[0009] 進一步的，所述溶膠材料由二氧化硅溶膠、三氧化二鋁溶膠和二氧化鋯溶膠的一 種或多種組合而成。
[0010] 進一步的，所述纖維陶瓷骨架與溶膠的質量比例為1 : X，其中，0.2 < XS 5。
[0011] 另一方面，一種制備上述高抗壓隔熱材料的方法，包括：
[0012] 將纖維分散成型為塊狀纖維基體；
[0013] 將所述纖維基體與增強劑復合，經(jīng)過干燥、高溫處理得到纖維陶瓷骨架，所述增強 劑用于增加纖維基體的抗壓性；
[0014] 將所述纖維陶瓷骨架與溶膠復合，經(jīng)過干燥、后處理過程得到所述高抗壓隔熱材 料。
[0015] 進一步的，所述纖維的直徑在1 μπι-15 μπι之間，長度在1 μπι-lOmm之間。
[0016] 進一步的，所述增強劑為正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、二氧化硅溶膠、乙二醇、 水、鹽酸、氨水中的一種或多種按照質量比A : B : C : D : E : F : G混合而成 的組合，其中，?彡A彡100 : 0彡B彡100 : 0彡C彡100 : 0彡D彡1000 : 100 彡 E 彡 1000 : 1 彡 F 彡 5 : 100 彡 G 彡 1000。
[0017] 進一步的，所述溶膠材料由二氧化硅溶膠、三氧化二鋁溶膠和二氧化鋯溶膠的一 種或多種組合而成。
[0018] 進一步的，所述纖維陶瓷骨架與溶膠的質量比例為1 : X，其中，0.2 < XS 5。
[0019] 本發(fā)明實施例提供的高抗壓隔熱材料及其制備方法，該隔熱材料采用陶瓷纖維作 為骨架，經(jīng)過纖維陶瓷骨架制備、增強、氣凝膠復合等步驟制備得到。制備方法簡單、操作簡 便、對環(huán)境污染小。該材料在室溫至1200°C應用環(huán)境能夠保持較高的抗壓性能，同時具備較 低的導熱系數(shù)和較好的耐溫隔熱性能，適用于室溫至高溫對材料抗壓和耐溫隔熱性能要求 較高的環(huán)境，在航天航空工業(yè)、民用工業(yè)等領域具有良好的應用前景。
【具體實施方式】
[0020] 下面將對本發(fā)明的具體實施例進行詳細說明。在下面的描述中，出于解釋而非限 制性的目的，闡述了具體細節(jié)，以幫助全面地理解本發(fā)明。然而，對本領域技術人員來說顯 而易見的是，也可以在脫離了這些具體細節(jié)的其它實施例中實踐本發(fā)明。
[0021] 實施例1
[0022] 本發(fā)明實施例提供一種高抗壓隔熱材料，所述高抗壓隔熱材料由纖維陶瓷骨架與 溶膠復合而成的氣凝膠復合材料，并經(jīng)過干燥和后處理過程；對于溶膠，其在本發(fā)明中主要 起到提高材料抗壓和隔熱性能的作用。本發(fā)明所采用的溶膠制得的氣凝膠的使用溫度必須 能夠接近或者達到目標使用環(huán)境溫度，例如室溫至1200°C甚至更高的溫度。溶膠可以是市 售產品，例如可以氧化鋯溶膠和/或三氧化二鋁溶膠。所述纖維陶瓷骨架由纖維基體與增 強劑復合而成，并經(jīng)過干燥、高溫處理過程，所述增強劑用于提高材料抗壓性能的作用，增 加纖維基體的抗壓性。所述纖維基體由石英纖維、氧化鋁纖維、莫來石纖維和氧化鋯纖維 中的至少一種分散后成塊狀纖維基體，后續(xù)可根據(jù)高抗壓隔熱材料的具體使用要求加工成 特定形狀，所述特定形狀根據(jù)使用高抗壓隔熱材料的物體形狀確定。其中纖維陶瓷骨架，該 骨架可以由不同種類不同比例的纖維組成，使得纖維骨架具有不同的熱物理性能；溶膠材 料，可以有不同種類不同比例的溶膠組成，使得制得的溶膠復合材料具備不同的耐溫隔熱 性能。
[0023] 優(yōu)選的，所述纖維的直徑在Iy m-15 μm之間，例如可以為該范圍內的任意直徑， 例如可以為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15μπι，或者其間的任意子范圍，例如 5-10μπι、6-8μπι 等。長度在 Iym-IOmm 之間，例如可以為 1、2、3、4、5、6、7、8、9或10謹，或 者其間的任意子范圍，例如2-8mm、4-6mm等。
[0024] 進一步優(yōu)選的，所述增強劑為正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、二氧化硅溶膠、乙二醇、 水、鹽酸、氨水中的一種或多種按照質量比A : B : C : D : E : F : G混合而成的組合， 其中，O彡A彡100 : O彡B彡100 : O彡C彡100 : O彡D彡1000 : 100彡E彡1000 : 1彡F彡5 : 100 彡G彡1000。
[0025] 進一步優(yōu)選的，所述溶膠材料由二氧化硅溶膠、三氧化二鋁溶膠和二氧化鋯溶膠 的一種或多種組合而成。
[0026] 進一步優(yōu)選的，所述纖維陶瓷骨架與溶膠的質量比例為1 : X，其中，0.2SXS5。 例如纖維陶瓷骨架與溶膠的質量比例為1 : 0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、0. 7、0. 8、0. 9、1. 0、 2. 0、3. 0、4. 0或5. 0,該比例過高或過低可能無法實現(xiàn)隔熱性能和抗壓性能的平衡。
[0027] 本發(fā)明實施例提供的高抗壓隔熱材料及其制備方法，該隔熱材料采用陶瓷纖維 作為骨架，經(jīng)過纖維陶瓷骨架制備、增強、氣凝膠復合等步驟制備得到。制備方法簡單、操作 簡便、對環(huán)境污染小。該材料在室溫至1200°C應用環(huán)境能夠保持較高的抗壓性能，同時具備 較低的導熱系數(shù)和較好的耐溫隔熱性能，適用于室溫至高溫對材料抗壓和耐溫隔熱性能要 求較高的環(huán)境，在航天航空工業(yè)、民用工業(yè)等領域具有良好的應用前景。
[0028] 實施例2
[0029] 本發(fā)明實施例提供一種制備上述高抗壓隔熱材料的方法，包括：
[0030] 步驟一、將纖維分散成型為塊狀纖維基體；
[0031] 步驟二、將所述纖維基體與增強劑復合，經(jīng)過干燥、高溫處理得到纖維陶瓷骨架， 所述增強劑用于增加纖維基體的抗壓性；
[0032] 步驟三、將所述纖維陶瓷骨架與溶膠復合，經(jīng)過干燥、后處理過程得到所述高抗壓 隔熱材料。
[0033] 該方法中，所述纖維的直徑在1 μπι-15 μπι之間，長度在1 μπι-lOmm之間。
[0034] 該方法中，所述增強劑為正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、二氧化硅溶膠、乙二醇、水、鹽 酸、氨水中的一種或多種按照質量比A : B : C : D : E : F : G混合而成的組合，其 中，0彡A彡 100 : 0彡B彡 100 : 0彡C彡 100 : 0彡D彡 1000 : 100彡E彡 1000 : 1 彡F彡5 : 100 彡G彡1000。
[0035] 該方法中，所述溶膠材料由二氧化硅溶膠、三氧化二鋁溶膠和二氧化鋯溶膠的一 種或多種組合而成。
[0036] 該方法中，所述纖維陶瓷骨架與溶膠的質量比例為1 : X，其中，0.2 < XS 5。
[0037] 本發(fā)明的所述高抗壓隔熱材料及其制備方法具有如下優(yōu)點：
[0038] (1)本發(fā)明制備的高抗壓隔熱材料耐高溫性能好，可在室溫至1200°C以下長期 使用；
[0039] (2)本發(fā)明制備的高抗壓隔熱材料導熱系數(shù)較低，具有較好的隔熱性能，室溫導熱 系數(shù)為 0· 03' 08W/m. K ;
[0040] (3)本發(fā)明制備的高抗壓隔熱材料具有較好的抗壓性能，抗壓強度> 2MPa ;
[0041] (4)本發(fā)明制備的高抗壓隔熱材料密度可控，例如可以被控制為0. 3_lg/cm3之 間；
[0042] (5)本發(fā)明的方法簡單、操作簡便、對環(huán)境污染??；
[0043] (6)本發(fā)明可以用于制備各種形狀規(guī)格的構件產品，在航空航天工業(yè)及其它高溫、 需要隔熱密封的環(huán)境中具有廣泛的應用前景。
[0044]另外注意的是，如果沒有特別說明，本發(fā)明所記載的任何范圍包括端值以及端值 之間的任何數(shù)值以及以端值或者端值之間的任意數(shù)值所構成的任意子范圍。
[0045] 卞面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。這些實施例只是就本發(fā)明的優(yōu)選實施方 式進行舉例說明，本發(fā)明的保護范圍