[发明专利]一种轻质柔性可重复使用防隔热一体化材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种轻质柔性可重复使用防隔热一体化材料及其制备方法。其特征在于以柔性纤维毡为骨架支撑，填充耐高温低热导率气凝胶，表面为高发射率防热涂层。以柔性纤维毡为骨架支撑，采用溶胶‑凝胶结合超临界干燥法在其内部填充耐高温低热导率Al₂O₃‑SiO₂气凝胶，形成轻质柔性隔热材料，再采用料浆喷涂结合高温快速热处理方法在其表面制备二硅化钼‑玻璃杂化高发射率涂层形成防隔热一体化材料。该防隔热一体化材料密度为0.35‑0.4g/cm³,内部隔热材料热导率为0.025‑0.03W/(m·K)，表面涂层室温发射率大于0.85。这种防隔热一体化材料在1200℃静态有氧环境中热循环20次后，依旧完整，表面无裂纹，内部无收缩，有望应用于重复使用飞行器等先进武器装备的热防护系统。

技术领域

本发明属于防隔热材料制备领域，具体涉及一种轻质柔性可重复使用防隔热一体化材料及其制备方法。

背景技术

航天飞机轨道器是当时有史以来人类设计的最大的可控再入航天器，也是第一种可重复使用的航天器。为了取得最佳气动特性和机动性能，轨道飞行器设计成机翼/机身混合外形，具有常规飞机的特点。轨道飞行器由前部机身、中部机身、尾部机身、机翼、襟翼、垂直尾翼以及辅助结构等部分组成。此前各类航天器的热防护系统材料均为一次性的烧蚀材料，显然已经不能适用于可重复使用的航天飞机。轨道飞行器在发射和再入大气层时不同部位要经受317-1648℃的高温，因此必须采用防热措施，以确保飞行过程中飞行器的结构温度保持在可接受范围内。

发明内容

本发明的技术解决问题是：开发轨道飞行器中部机身、尾部机身、垂直尾翼及辅助机构等部位承受1200℃的防隔热材料，克服传统热防护系统所采用的一次性使用烧蚀材料，开发出一种轻质柔性可重复使用防隔热一体化材料，并提供上述材料的制备方法。

本发明的技术方案为：一种轻质柔性可重复使用防隔热一体化材料，其特征在于以柔性纤维毡为骨架支撑，填充耐高温低热导率气凝胶，表面为高发射率防热涂层；其中所述的耐高温低热导率气凝胶为Al₂O₃-SiO₂复合气凝胶；所述的高发射率防热涂层由质量百分量为10-50％MoSi₂和质量百分量为50-90％的Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂玻璃组成。

优选上述的柔性纤维毡为氧化铝纤维毡或莫来石纤维毡。

优选Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂玻璃的组分及各组分的质量百分量为5-10％的Al₂O₃，65-80％的SiO₂和15-25％的Na₂B₄O₇·10H₂O。

本发明所制备的防隔热一体化材料的密度0.35-0.4g/cm³,内部隔热材料热导率0.025-0.03W/(m·K)，表面涂层发射率大于0.85，这种防隔热一体化材料在1200℃静态有氧环境中热循环20次后，依旧完整，表面无裂纹，内部无收缩，失重率小于1％。

本发明还提供了上述的轻质柔性可重复使用防隔热一体化材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)气凝胶填充的柔性纤维毡的制备：以柔性纤维毡为增强体，以正硅酸四乙酯为硅源，无机铝盐为铝源，环氧化物为网络形成剂，混合均匀后，经溶胶-凝胶、老化和超临界干燥后得到Al₂O₃-SiO₂气凝胶填充的柔性纤维毡；