[发明专利]一种莫来石纤维高温隔热瓦的制备方法

说明书

本发明涉及一种陶瓷纤维隔热瓦的制备方法。利用纤维粉碎设备对陶瓷纤维进行剪切处理，得到短切纤维；将缩合型二甲基硅橡胶和二甲基硅油混合，得到预混胶体；加入莫来石纤维，得到纤维浆料；向浆料中加入引发剂，将浆料倒入抽滤设备中进行抽滤处理；对湿坯进行初次干燥‑脱模‑二次干燥处理，得到干燥的坯体；将坯体放入高温炉中进行排胶和烧结，得到陶瓷纤维隔热瓦。隔热瓦密度为0.29g/cm³～0.53g/cm³，抗压强度达到0.7MPa～1.9MPa，耐温达到1500℃，粘结剂对纤维有较好的包覆。克服莫来石纤维隔热瓦制备过程中粘结剂分散不到位的问题。莫来石纤维隔热瓦能承受1500℃高温，可用于高超声速航天飞行器。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料领域，具体设计一种莫来石纤维高温隔热瓦的制备方法，特别涉及一种高聚物凝胶成型制备莫来石纤维高温隔热瓦的方法。

背景技术

近年来，高马赫数、高精度、长续航时间和逐步成为了新型导弹和重复使用航天飞行器的发展方向，在未来的军事发展中，新型导弹和重复使用航天飞行器必将成为增强国家军事竞争力的发展重点。与已装备的导弹和飞行器相比，新型导弹和重复使用航天飞行器保持高马赫数且长时间飞行，不可避免地需要面对越来越严重的气动加热现象，承受越来越高的环境温度。这对热防护系统提出了更高的要求，需要开发出隔热效果更为出色的耐高温轻质隔热材料。莫来石纤维基刚性多孔材料具有轻质、耐高温、热导率低、无氧化、耐腐蚀等优点，在各类航天飞行器的隔热层中发挥至关重要的作用。

目前，传统的烧蚀型热防护材料已难以满足可重复使用的需求，而服役的石英纤维基多孔材料的使用温度(最高1200℃)较低，无法满足新型导弹和重复使用航天飞行器对耐温性能的要求。因此，具有出色的高温稳定性、低的热导率和更高使用温度(最高1500℃)的莫来石纤维基多孔材料已成为飞行器隔热层的最佳选择。

制备莫来石纤维多孔材料，粘结剂的选择十分重要，关系到样品的机械性能、隔热性能等。目前常用的粘结剂成分有SiO₂、B₂O₃及其复合体系。B₂O₃粘结剂在烧结过程中形成液相，其流动性和在纤维表面均匀铺展使纤维得到良好的包裹，并使纤维之间得到了很好的粘结，形成稳固的三维孔状结构，但是B₂O₃耐温性较差，且高温下易挥发，失去粘结作用。SiO₂粘结剂具有很好的耐温性，高温下稳定，并能在一定程度上提高基体的机械强度，但是常规方法使用的SiO₂粘结剂在莫来石纤维表面的铺展效果很差，无法把纤维牢固的粘结在一起，导致在承受载荷的过程中粘结点会很容易断裂。

发明内容

本发明的目的在于开发一种方法来解决现有莫来石纤维隔热瓦制备过程中粘结剂分散不到位的技术问题，提供一种莫来石纤维高温隔热瓦的制备方法，选用了短切莫来石纤维作为原料，缩合型二甲基硅橡胶作为粘接剂，二甲基硅油作为稀释剂，过硫酸铵(APS)作为引发剂，采用原位固化和抽滤成型工艺，制备空间结构优良的三维莫来石纤维高温隔热材料。其中，缩合型二甲基硅橡胶在纤维分散阶段就可以均匀黏附在纤维表面，保证粘结剂的均匀分布，在干燥过程中由于引发剂过硫酸铵(APS)的加入，促进缩合型二甲基硅橡胶的凝胶实现原位固化，在纤维与纤维之间形成均匀稳定的搭接点，而在烧结过程中纤维表面和搭接点处的硅橡胶会发生反应，生成SiO₂，并且在高温处理阶段SiO₂会生玻璃相，使得搭接点致密化，在一定程度上增加了基体的机械强度，而其他性能也更为稳定。

本发明的技术方案如下:

一种莫来石纤维高温隔热瓦的制备方法，包括以下步骤：

(1)使用纤维粉碎设备对莫来石长纤维进行剪短处理，通过调控粉碎时间实现对纤维长度的控制，得到莫来石短切纤维；