[发明专利]纳米二氧化硅填充非石墨化泡沫炭制备隔热材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用非石墨化泡沫炭制备隔热材料的方法。

背景技术

跨大气层时高超声飞行器在高速再入地球大气层的过程中，其头锥大面积迎风面，发动 机喷管甚至尾锥等部位都将不可避免地遭受剧烈的气动加热，尤其是空天飞机，在上升巡航 飞行阶段还要受到更严重的气动加热，因为空天飞机以吸气式发动机为动力，必须在50公里 以下稠密大气层内加速飞行，入轨速度更高达25马赫数。因此，防/隔热问题成为新型飞行 器研制过程中的重要问题。气凝胶作为一种超级隔热材料具有优异的隔热性能，但其机械性 能非常差，无法独立成块使用。而普通高铝质隔热毯的极限隔热温度虽高达1260℃，但其密 度一般比较高，并其容易在机械载荷作用下压实，从而急剧增大其有效热导率，影响其隔热 性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了解决现有气凝胶机械性能差、无法独立成块使用的问 题，提供了一种纳米二氧化硅填充非石墨化泡沫炭制备隔热材料的方法。

本发明纳米二氧化硅填充非石墨化泡沫炭制备隔热材料的方法如下：一、将正硅酸乙酯 、去离子水和无水乙醇搅拌混合10min～15min，得到混合物，然后将混合物采用水浴加热至 50℃～55℃，然后再加入浓度为0.2mol/L～0.3mol/L的盐酸继续在50℃～55℃的条件下反应 10min～15min，然后降到室温，再加入体积浓度为98％的氨水，反应10min～15min，得到醇 凝胶；二、将醇凝胶在温度为50℃～55℃的条件下浸泡于老化溶液中6小时～10小时，然后 用去离子水洗涤10min；三、重复步骤二的过程3～4次，得到SiO₂溶胶凝胶；四、将非石墨 化泡沫炭浸没于SiO₂溶胶凝胶中4～6小时，SiO₂溶胶凝胶液面没过非石墨化泡沫炭1mm～ 5mm，然后在常压、干燥温度为150℃～200℃的条件下干燥72～80小时，即得纳米二氧化硅 填充非石墨化泡沫炭隔热复合材料；其中步骤一中正硅酸乙酯∶去离子水∶无水乙醇的摩尔 比为1∶6∶13；步骤一中盐酸与混合物的质量比为4～5∶100；步骤一中氨水与混合物的质 量比为0.1～0.2∶100；步骤二中所述的老化溶液是四乙基原硅酸盐体积浓度为70％～75％的 四乙基原硅酸盐乙醇溶液。

采用本发明方法得到的隔热材料中纳米二氧化硅气凝胶填满了非石墨化泡沫炭的孔洞， 非石墨化泡沫炭错综复杂的柱状韧带网络结构一方面作为刚性支撑克服了二氧化硅气凝胶脆 性大、易开裂的缺陷，使本发明的隔热材料与气凝胶相比机械性能增强，另一方面还能够吸 收和反射通过二氧化硅气凝胶所辐射的热量，二氧化硅气凝胶充填于泡沫炭的孔洞中减弱了 热对流效应，非石墨化泡沫炭的柱状韧带又能够改善二氧化硅气凝胶在高温时对热辐射的完 全通透性，从而提高了纳米二氧化硅填充非石墨化泡沫炭制备的隔热材料的隔热性能，并且 可以独立成块使用。本发明方法所得纳米二氧化硅填充非石墨化泡沫炭制备的隔热材料隔热 温度为1200℃～1300℃。

附图说明

图1是非石墨化泡沫炭的扫描电镜照片；图2是纳米二氧化硅填充非石墨化泡沫炭隔热复 合材料的扫描电镜照片。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组 合。