[發明專利]表面韌化的氧化鋁纖維剛性隔熱瓦多層復合材料、涂層組合物、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201610825929.7
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106630978B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 魯勝;裴雨辰;張凡;郭慧;吳憲;劉斌;趙英民
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C04B35/14
• 分類號: C04B35/14;C04B35/80;C04B35/622;C04B38/00;C04B41/89;B28B1/26;C03C14/00
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙)11387
• 代理人: 劉春成

技術領域

本發明涉及表面韌化的氧化鋁纖維剛性隔熱瓦多層復合材料及其制備方法，屬于功能復合材料技術領域。

背景技術

氧化物陶瓷纖維剛性隔熱瓦多層復合材料作為飛行器外表面的熱防護材料使用，具有耐溫高、質量輕、可重復使用等諸多優點。因此，美國航天飛機大面積采用了剛性隔熱瓦多層復合材料作為熱防護材料。典型的剛性隔熱瓦多層復合材料基體包括LI-900及LI-2200(US3952083)、FRCI(US4148962)、HTP(R.P.Banas,et,al.,Thermophysical and Mechanical Properties of the HTP Family of Rigid Ceramic Insulation Materials,AIAA-85-1055)、AETB(Daniel B.Leiser et.,al.,Options for Improving Rigidized Ceramic Heatshilds,Ceramic Engineering and Science Proceedings,6,No.7-8,pp.757-768,1985)以及BRI(US6716782B2)。上述五種剛性隔熱瓦多層復合材料都是以石英纖維為主要組分。然而，以石英纖維為主要組分的剛性隔熱瓦多層復合材料材料可重復使用溫度極限為1500℃，高于此溫度值時，石英纖維會快速析晶，從而導致隔熱瓦收縮變形，進而發生失效。因此以石英纖維為主要組分的剛性隔熱瓦多層復合材料作為飛行器外表面隔熱材料在高于1500℃使用時可靠性很低。

美國GE公司為航天飛機外表面熱防護開發了莫來石剛性隔熱瓦多層復合材料(Reusable External Insulation,REI-Mullite,NASA TMX-2719，第17-60頁)，其耐溫性優于LI-900全石英剛性隔熱瓦多層復合材料。

我國從上世紀80年代開始，開展了剛性陶瓷隔熱瓦纖維基體的研制工作。山東工業陶瓷研究設計院在CN 101691138A公開了一種航天飛機隔熱瓦的制備方法。這種航天飛機隔熱瓦由50％至95％質量分數的石英纖維、5％至50％質量分數的氧化鋁纖維以及0至5％質量分數的氮化硼粉末燒結劑組成。該專利公開的隔熱瓦涂層配方中含有大量堿金屬與堿土金屬離子，高溫下會導致涂層粘度顯著降低，限制了隔熱瓦的使用溫度，因此這樣的僅能在1200℃以下使用。

CN102199042A中公開了一種輕質剛性陶瓷隔熱瓦的組成及其制備方法。該種剛性陶瓷隔熱瓦由50％至100％的石英纖維和0％至50％的莫來石纖維組成，添加陶瓷纖維質量0.01至15％的氮化硼粉末燒結劑，同時添加陶瓷纖維質量0至20％的碳化硅粉末作為高溫抗輻射劑。CN 104529369A和CN201510632711.5公開了一種由石英纖維、氧化鋁纖維和/或氧化鋯纖維組成的剛性隔熱瓦多層復合材料的制備方法。

新一代高速飛行器的飛行速度達到數馬赫甚至十幾馬赫，飛行器迎風面大面積位置溫度可能達到1500℃至1650℃，因此必須開發耐溫性更高的剛性隔熱瓦多層復合材料材料，以滿足新一代高速飛行器的熱防護需求。

氧化鋁纖維具有極好的耐溫性，長時間可重復使用溫度達1600℃。美國Zircar公司生產一種氧化鋁纖維板，可作為民用產品用于高溫爐內襯、化工反應器熱防護等使用。Zircar公司對該纖維板的生產工藝嚴格保密，無公開文獻對之進行披露。Zircar公司同時還出售一種適用于其氧化鋁板表面致密化的陶瓷前驅體，其具體配方也無公開文獻可查。然而，并無使用表面復合高發射率涂層的Zircar氧化鋁纖維板作為飛行器外表面隔熱材料的報導。因此，自主研發長時間耐溫1600℃的表面韌化氧化鋁纖維剛性隔熱瓦多層復合材料，并應用于航空航天領域超高溫隔熱領域，具有重要的戰略意義。