一种高抗压隔热材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及隔热材料技术领域，尤其涉及一种高抗压隔热材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 现代航天飞行器在大气层中长时高速巡航的过程中，随着马赫数的不断提高，飞 行器要承受气动载荷和热载荷的共同作用。为了保证飞行器外形结构完整，内部的元器 件正常工作，需要一种有效的热防护隔热材料能够同时满足高耐温隔热和高承载强度的要 求。
[0003] 目前常见的隔热材料可以分为柔性和刚性两类，其中柔性隔热材料耐温隔热性能 较好，耐温性能满足1000°C使用，导热系数< 0. lW/m · K，但抗压性能较差，抗压强度通常 < 0. IMPa ;而刚性隔热材料的抗压性能较好，抗压强度接近I. OMPa，但导热系数较大，通常 >0. lW/m*K。可见，上述两类隔热材料无法同时满足航天飞行器高抗压强度和高耐温隔热 的需求。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种高抗压隔热材料及其制备方法， 制备方法简单、操作简便、对环境污染小。该材料在室温至1200°c应用环境能够保持较高的 抗压性能，同时具备较低的导热系数和较好的耐温隔热性能，适用于室温至高温对材料抗 压和耐温隔热性能要求较高的环境。
[0005] 具体解决技术方案为：
[0006] 一方面，一种高抗压隔热材料，所述高抗压隔热材料由纤维陶瓷骨架与溶胶复合 而成，并经过干燥和烘箱处理过程；所述纤维陶瓷骨架由纤维基体与增强剂复合而成，并经 过干燥、高温处理过程，所述增强剂用于增加纤维基体的抗压性；所述纤维基体由石英纤 维、氧化铝纤维、莫来石纤维和氧化锆纤维中的至少一种分散后成形为块状纤维基体。
[0007] 进一步的，所述纤维的直径在1 μπι-15 μπι之间，长度在1 μπι-lOmm之间。
[0008] 进一步的，所述增强剂为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、二氧化硅溶胶、乙二醇、水、盐 酸、氨水中的一种或多种按照质量比A : B : C : D : E : F : G混合而成的组合，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] 进一步的，所述溶胶材料由二氧化硅溶胶、三氧化二铝溶胶和二氧化锆溶胶的一 种或多种组合而成。
[0010] 进一步的，所述纤维陶瓷骨架与溶胶的质量比例为1 : X，其中，0.2 < XS 5。
[0011] 另一方面，一种制备上述高抗压隔热材料的方法，包括：
[0012] 将纤维分散成型为块状纤维基体；
[0013] 将所述纤维基体与增强剂复合，经过干燥、高温处理得到纤维陶瓷骨架，所述增强 剂用于增加纤维基体的抗压性；
[0014] 将所述纤维陶瓷骨架与溶胶复合，经过干燥、后处理过程得到所述高抗压隔热材 料。
[0015] 进一步的，所述纤维的直径在1 μπι-15 μπι之间，长度在1 μπι-lOmm之间。
[0016] 进一步的，所述增强剂为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、二氧化硅溶胶、乙二醇、 水、盐酸、氨水中的一种或多种按照质量比A : B : C : D : E : F : G混合而成 的组合，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] 进一步的，所述溶胶材料由二氧化硅溶胶、三氧化二铝溶胶和二氧化锆溶胶的一 种或多种组合而成。
[0018] 进一步的，所述纤维陶瓷骨架与溶胶的质量比例为1 : X，其中，0.2 < XS 5。
[0019] 本发明实施例提供的高抗压隔热材料及其制备方法，该隔热材料采用陶瓷纤维作 为骨架，经过纤维陶瓷骨架制备、增强、气凝胶复合等步骤制备得到。制备方法简单、操作简 便、对环境污染小。该材料在室温至1200°C应用环境能够保持较高的抗压性能，同时具备较 低的导热系数和较好的耐温隔热性能，适用于室温至高温对材料抗压和耐温隔热性能要求 较高的环境，在航天航空工业、民用工业等领域具有良好的应用前景。
【具体实施方式】
[0020] 下面将对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限 制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显 而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
[0021] 实施例1
[0022] 本发明实施例提供一种高抗压隔热材料，所述高抗压隔热材料由纤维陶瓷骨架与 溶胶复合而成的气凝胶复合材料，并经过干燥和后处理过程；对于溶胶，其在本发明中主要 起到提高材料抗压和隔热性能的作用。本发明所采用的溶胶制得的气凝胶的使用温度必须 能够接近或者达到目标使用环境温度，例如室温至1200°C甚至更高的温度。溶胶可以是市 售产品，例如可以氧化锆溶胶和/或三氧化二铝溶胶。所述纤维陶瓷骨架由纤维基体与增 强剂复合而成，并经过干燥、高温处理过程，所述增强剂用于提高材料抗压性能的作用，增 加纤维基体的抗压性。所述纤维基体由石英纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维和氧化锆纤维 中的至少一种分散后成块状纤维基体，后续可根据高抗压隔热材料的具体使用要求加工成 特定形状，所述特定形状根据使用高抗压隔热材料的物体形状确定。其中纤维陶瓷骨架，该 骨架可以由不同种类不同比例的纤维组成，使得纤维骨架具有不同的热物理性能；溶胶材 料，可以有不同种类不同比例的溶胶组成，使得制得的溶胶复合材料具备不同的耐温隔热 性能。
[0023] 优选的，所述纤维的直径在Iy m-15 μm之间，例如可以为该范围内的任意直径， 例如可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15μπι，或者其间的任意子范围，例如 5-10μπι、6-8μπι 等。长度在 Iym-IOmm 之间，例如可以为 1、2、3、4、5、6、7、8、9或10謹，或 者其间的任意子范围，例如2-8mm、4-6mm等。
[0024] 进一步优选的，所述增强剂为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、二氧化硅溶胶、乙二醇、 水、盐酸、氨水中的一种或多种按照质量比A : B : C : D : E : F : G混合而成的组合， 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] 进一步优选的，所述溶胶材料由二氧化硅溶胶、三氧化二铝溶胶和二氧化锆溶胶 的一种或多种组合而成。
[0026] 进一步优选的，所述纤维陶瓷骨架与溶胶的质量比例为1 : X，其中，0.2SXS5。 例如纤维陶瓷骨架与溶胶的质量比例为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,该比例过高或过低可能无法实现隔热性能和抗压性能的平衡。
[0027] 本发明实施例提供的高抗压隔热材料及其制备方法，该隔热材料采用陶瓷纤维 作为骨架，经过纤维陶瓷骨架制备、增强、气凝胶复合等步骤制备得到。制备方法简单、操作 简便、对环境污染小。该材料在室温至1200°C应用环境能够保持较高的抗压性能，同时具备 较低的导热系数和较好的耐温隔热性能，适用于室温至高温对材料抗压和耐温隔热性能要 求较高的环境，在航天航空工业、民用工业等领域具有良好的应用前景。
[0028] 实施例2
[0029] 本发明实施例提供一种制备上述高抗压隔热材料的方法，包括：
[0030] 步骤一、将纤维分散成型为块状纤维基体；
[0031] 步骤二、将所述纤维基体与增强剂复合，经过干燥、高温处理得到纤维陶瓷骨架， 所述增强剂用于增加纤维基体的抗压性；
[0032] 步骤三、将所述纤维陶瓷骨架与溶胶复合，经过干燥、后处理过程得到所述高抗压 隔热材料。
[0033] 该方法中，所述纤维的直径在1 μπι-15 μπι之间，长度在1 μπι-lOmm之间。
[0034] 该方法中，所述增强剂为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、二氧化硅溶胶、乙二醇、水、盐 酸、氨水中的一种或多种按照质量比A : B : C : D : E : F : G混合而成的组合，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] 该方法中，所述溶胶材料由二氧化硅溶胶、三氧化二铝溶胶和二氧化锆溶胶的一 种或多种组合而成。
[0036] 该方法中，所述纤维陶瓷骨架与溶胶的质量比例为1 : X，其中，0.2 < XS 5。
[0037] 本发明的所述高抗压隔热材料及其制备方法具有如下优点：
[0038] (1)本发明制备的高抗压隔热材料耐高温性能好，可在室温至1200°C以下长期 使用；
[0039] (2)本发明制备的高抗压隔热材料导热系数较低，具有较好的隔热性能，室温导热 系数为 0· 03' 08W/m. K ;
[0040] (3)本发明制备的高抗压隔热材料具有较好的抗压性能，抗压强度> 2MPa ;
[0041] (4)本发明制备的高抗压隔热材料密度可控，例如可以被控制为0. 3_lg/cm3之 间；
[0042] (5)本发明的方法简单、操作简便、对环境污染小；
[0043] (6)本发明可以用于制备各种形状规格的构件产品，在航空航天工业及其它高温、 需要隔热密封的环境中具有广泛的应用前景。
[0044]另外注意的是，如果没有特别说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值 之间的任何数值以及以端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
[0045] 卞面结合实施例对本发明作进一步说明。这些实施例只是就本发明的优选实施方 式进行举例说明，本发明的保护范围