[发明专利]一种耐超高温低导热的镁铝铬多元磷酸盐复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐超高温低导热的镁铝铬多元磷酸盐复合材料及其制备方法。该复合材料由氧化镁弥散分布在多元磷酸盐基体中构成，其中，多元磷酸盐基体由包含磷酸镁、磷酸铝和磷酸铬在内的磷酸盐组成；该复合材料巧妙地利用镁铝铬磷酸盐与高熔点氧化镁氧化物各自的优势来组合设计，利用两者的协同增效作用，获得耐高温超过2400℃，且兼具优异隔热性能的镁铝铬多元磷酸盐复合材料，且其制备方法过程简单，原料成本低，有利于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种热防护材料，特别涉及一种耐超高温低导热的镁铝铬多元磷酸盐复合材料，还涉及其制备方法，属于航空航天热防护材料制备技术领域。

背景技术

随着航空航天技术的发展，空天科学的探索逐渐向更为广阔的太阳系蔓延，这对航天飞行器的热防护系统提出了挑战。隔热材料是热防护系统中的关键组成部分之一，是航天飞行器内部的电子控制系统等正常运行的重要保障。隔热材料通过许多复杂的化学和物理反应在极端环境下熔化或升华来防止热流传递到飞行器内部。在过去的半个世纪中，隔热材料在热防护系统中一直起着至关重要的作用。陶瓷基隔热材料因具有耐高温、高强和低导热率而被广泛应用于隔热领域。其中最具有代表性的两类是陶瓷基隔热瓦和陶瓷基气凝胶隔热材料。然而，这两种材料具有两个共同的缺点：一是制备工艺较为复杂，两者均需热处理；二是耐高温性能有限，最高仅为1500℃。有限的热稳定性极大的限制了其在超高温环境(2000℃以上)的应用，因此，迫切需要开发一种制备工艺简单且耐高温超过2000℃以上的新型隔热材料。

磷酸盐是一类基于碱性金属氧化物和磷酸或磷酸盐溶液通过酸碱反应实现低温固化的化学键合陶瓷材料，具有出色的隔热性能、耐高温性能和环保特性。如中国专利(公开号CN106634626B)公开了一种酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法，其得到了一种耐高温、低成本的磷酸盐复合材料，但由于树脂本征的低熔点使得该磷酸盐复合材料不具备耐超高温的能力。中国专利(公开号CN110105904A)公开了一种耐1500℃高温胶粘剂的施胶方法，其利用化学的方法改进了磷酸盐得到了一种可以耐1500℃的磷酸盐复合材料，但其成分复杂，成型过程不可控因素多，仍然不能适应2000℃以上的工作环境。为了得到耐高温性能更优异的磷酸盐复合材料，申请人早期通过大量的研究，制备的铝镧系磷酸盐复合材料可以耐2000℃氧乙炔焰下的短时间烧蚀，但是烧蚀后样品会产生裂纹影响工程应用，同时还不具备隔热的功能。因此，同时提升磷酸盐的耐高温性能和隔热性能成为业内众多科研人员的重要研究方向之一。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的是在于提供一种耐超高温低导热的镁铝铬多元磷酸盐复合材料，该复合材料巧妙地利用镁铝铬磷酸盐与高熔点氧化镁氧化物各自的优势来组合设计，利用两者的协同增效作用，获得耐高温超过2400℃，且兼具优异隔热性能的镁铝铬多元磷酸盐复合材料；该镁铝铬多元磷酸盐复合材料打破了现有隔热材料不能同时兼具优异耐超高温和隔热性能的技术瓶颈，使得其适用于2400℃及以上超高温环境，特别是在经60s烧蚀后多元磷酸盐复合材料仍表现出接近零线烧蚀率的耐烧蚀状态和背面最高温度仅为129℃的优异隔热性能。

本发明的第二个目的是在于提供一种耐超高温低导热的镁铝铬多元磷酸盐复合材料的制备方法，该制备方法过程简单，原料成本低，有利于大规模工业化生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种耐超高温低导热的镁铝铬多元磷酸盐复合材料，其由氧化镁弥散分布在多元磷酸盐基体中构成；所述多元磷酸盐基体由包含磷酸镁、磷酸铝和磷酸铬在内的磷酸盐组成。