[發(fā)明專利]一種增韌抗壓耐燒蝕材料的制備方法

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• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN108911720A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設計）人: 薛向東;鄧博;陳帥
• 申請（專利權(quán)）人: 薛向東
• 主分類號: C04B35/106
• 分類號: C04B35/106;C04B35/66;C04B35/81;B32B37/00;B32B37/06;B32B37/10;C04B35/622
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 朱親林

本發(fā)明涉及高分子復合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種增韌抗壓耐燒蝕材料的制備方法。將甲基硅油裂解得到裂解產(chǎn)物，將裂解產(chǎn)物與二甲苯混溶得到濃縮液，以硼化鋯粉末、濃縮液為原料制備得到結(jié)合劑，最后將白剛玉、黑曜巖、氧化鋁粉等原料混合攪拌，將耐高溫溶液涂覆于碳纖維布上得到耐高溫碳纖維布，將其熱壓固化得到增韌抗壓耐燒蝕材料，膨脹的石墨提高耐燒蝕材料的外表面散熱面積，對耐燒蝕材料炭化層起到降溫作用，聚碳硅烷裂解的碳化硅晶須填充于耐燒蝕材料中起到增韌作用，形成的二氧化鋯?二氧化硅薄膜，減小高溫過程中因膨脹產(chǎn)生的向外應力，從而提高耐燒蝕材料在高溫環(huán)境下的抗壓強度，應用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高分子復合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種增韌抗壓耐燒蝕材料的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，航空航天、彈道導彈等技術(shù)得到了長足的發(fā)展。耐燒蝕絕熱材料是其用到的關(guān)鍵材料之一。耐燒蝕絕熱材料通常是指應用于升溫速率大于500℃/s，工作溫度大于2000℃，且需要承受高速氣流沖刷及高速粒子侵蝕的復合材料，是國防、航天航空領(lǐng)域重要的工程材料。

飛行器飛行過程中與大氣的摩擦產(chǎn)生上千攝氏度高溫，會將整個飛行器燒毀。推進劑產(chǎn)生的高溫、高壓燃氣將使發(fā)動機結(jié)構(gòu)受到破壞。發(fā)動機噴管經(jīng)受推進劑燃氣及金屬粒子的劇烈沖刷，為保證火箭發(fā)動機等部件結(jié)構(gòu)的完整性，必須對暴露在推進劑燃氣中的部件表面粘貼一層絕熱材料加以保護，而這種絕熱材料多以燒蝕材料為主。

耐燒蝕絕熱材料在燃燒室高溫燒蝕環(huán)境下形成炭化層、熱解層和基體層三層結(jié)構(gòu)。其中的炭化層直接承受熱化學燒蝕、氣流剝蝕和粒子侵蝕的共同作用，對保證絕熱材料耐燒蝕性能和保護發(fā)動機殼體起關(guān)鍵作用。顯然，炭化層的組成、微觀結(jié)構(gòu)和性能決定了絕熱材料的耐燒蝕性能，炭化層的微觀結(jié)構(gòu)也是絕熱材料燒蝕機理研究的重點。如果絕熱復合材料在受熱或燃燒時能形成“堅實”的炭化層，殘?zhí)柯试礁撸炕瘜釉街旅埽炕瘜优c基體層的結(jié)合越牢固，則炭化層在燃氣流和粒子沖刷作用下就越不容易被沖刷掉，材料的燒蝕率就越低，熱防護能力越高。耐燒蝕絕熱材料一般選取原則為：（1）材料的絕熱性能好，導熱系數(shù)低，受熱時熔化熱與蒸發(fā)熱大；（2）熱穩(wěn)定性好，耐燒蝕性好（線燒蝕率最好小于0.1mm/s）、耐沖刷、受熱時能夠分解出低分子氣體，形成的殘?zhí)繉又旅芊€(wěn)定、強度較高；（3）力學性能好；（4）發(fā)煙量少；（5）工藝性好，要易于制備加工。

目前研究較多的耐燒蝕復合材料是碳-碳復合材料和高分子復合材料。其中碳-碳復合材料具有低比重，高比強，高比模，低熱膨脹系數(shù)，耐燒蝕等一系列優(yōu)異特性，使其在航空航天領(lǐng)域有著其他材料無法比擬的應用前景。但碳-碳復合材料有一個致命的缺點，即在高溫條件下易氧化，且氧化速率隨著溫度升高迅速增加。如果對易氧化缺點不加以防范，將引發(fā)災難性的后果。目前用于解決碳-碳復合材料抗氧化的方法主要有涂層法，在高速粒子沖刷和高低溫瞬時熱震等極端環(huán)境下，表面涂層容易剝離，腐蝕，脫落從而導致失效。后者所用的高分子基體樹脂有酚醛類、有機硅類、聚芳炔類等。有機硅用作耐燒蝕材料施工方便，但是其耐高溫不超過1000℃，限制了其在航空航天領(lǐng)域的應用。聚芳炔由于含有大量的苯環(huán)和炔基，所以殘?zhí)柯史浅８撸?00℃時的殘?zhí)柯蕿?0～90%），但是其與碳纖維增強材料的粘合性不好，制備的復合材料力學強度低。酚醛樹脂基體復合材料因其性能優(yōu)異，價格低廉而廣泛用作耐燒蝕材料，但是酚醛樹脂存在脆性大、吸水率大、成型收縮率高的缺陷。

因此，研究開發(fā)出一種力學性能好、耐燒蝕性能強以及熱穩(wěn)定性好的耐燒蝕絕熱材料來滿足未來航天器速度更快，有效載荷越高的要求，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題，針對目前酚醛樹脂基體作為耐燒蝕材料基體，性能優(yōu)異，價格低廉而廣泛應用，但酚醛樹脂脆性大，成型收縮率高不易加工，燒蝕后高溫抗壓性能較差，并且普通耐燒蝕材料絕熱性能有待提高的缺陷，提供了一種增韌抗壓耐燒蝕材料的制備方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種增韌抗壓耐燒蝕材料的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：