[發明專利]一種高效隔熱夾層結構氣凝膠防熱材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010583879.2
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111703142A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 蘇力軍;趙佳明;徐沛;宋寒;李文靜;楊潔穎
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B15/04;B32B15/20;B32B33/00;B32B38/00;B32B37/02
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 段娜娜

本發明涉及一種高效隔熱夾層結構氣凝膠防熱材料及其制備方法。防熱材料包括氣凝膠復合材料基體：氣凝膠復合材料基體包括多層功能梯度薄氈和彌散在多層功能梯度薄氈內部和/或表層的氣凝膠；多層功能梯度薄氈包括多層無機纖維薄層材料，層與層之間夾有紅外反射膜材料，通過Z向針刺復合為一體結構，無機纖維薄層材料的層數為n，紅外反射膜材料的層數為n?1，n≥2；無機纖維編織物，鋪設于氣凝膠復合材料基體上下表面，通過縫合與氣凝膠復合材料基體實現固定；和表面陶瓷面板，通過將固定有無機纖維編織物的氣凝膠復合材料基體浸漬陶瓷前驅體而形成。該防熱材料具有優異的隔熱性能和抗沖刷性能，可應用在內隔熱和外防熱領域。

技術領域

本發明涉及熱防護材料技術領域，尤其涉及一種高效隔熱夾層結構氣凝膠防熱材料及其制備方法。

背景技術

對于航天領域用的熱防護材料，熱量傳遞以三種方式進行：固相傳導傳熱、對流傳熱和輻射傳熱。在低溫階段，熱交換以固相、對流傳熱為主，而在高溫階段(溫度≥400℃)，輻射傳熱將占主導地位。熱防護材料內部溫度延厚度方向呈現梯度分布，因此采用均勻分布的隔熱材料難以實現高效隔熱。例如，對于在800℃環境具有良好隔熱防熱性能的熱防護材料，其在400℃的環境中的隔熱防熱性能未必良好。因此，熱防護材料的隔熱性能還有很大潛力可以提升。

航天陶瓷瓦是美國航天飛機大面積熱防護主要方案，由耐高溫陶瓷纖維高溫燒結而成，具有較高的技術成熟度。然而，該類型材料不但存在脆性大、變形能力差、裝配復雜，周期長，維護成本高等缺點，并且由于其特殊的成型工藝，難以實現功能梯度結構分布隔熱材料的制備，難以滿足未來高音速飛行器的熱防護需求。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種高效隔熱夾層結構氣凝膠防熱材料。

本發明的另一個目的在于提供一種高效隔熱夾層結構氣凝膠防熱材料的制備方法。

為了實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種高效隔熱夾層結構氣凝膠防熱材料，包括：

氣凝膠復合材料基體：所述氣凝膠復合材料基體包括多層功能梯度薄氈和彌散在所述多層功能梯度薄氈內部和/或表層的氣凝膠；所述多層功能梯度薄氈包括多層無機纖維薄層材料，層與層之間夾有紅外反射膜材料，通過Z向針刺復合為一體結構，無機纖維薄層材料的層數為n，紅外反射膜材料的層數為n-1，n≥2；

無機纖維編織物：鋪設于所述氣凝膠復合材料基體上下表面，通過縫合與所述氣凝膠復合材料基體實現固定；

表面陶瓷面板：通過將固定有所述無機纖維編織物的所述氣凝膠復合材料基體浸漬陶瓷前驅體而形成。

優選地，所述無機纖維薄層材料為纖維氈形式的材料，優選為氧化鋯纖維氈、氧化鋁纖維氈、莫來石纖維氈、石英纖維氈、硅酸鋁纖維氈、高硅氧纖維氈、玄武巖棉纖維氈、玻璃纖維氈中的一種或多種；

進一步優選地，所述纖維氈的厚度為1-10mm；

進一步優選地，所述纖維氈的密度為0.05-0.25g/cm³，最優選為0.10-0.15g/cm³。

優選地，所述紅外反射膜材料為鋁箔、碳化硅纖維布、碳纖維布、氮化硅纖維布中的任一種或多種。

優選地，所述氣凝膠為SiO₂氣凝膠、Al₂O₃氣凝膠、ZrO₂氣凝膠、陶瓷氣凝膠中的任一種或多種；可選地，所述氣凝膠通過將所述多層功能梯度薄氈與氣凝膠前驅體通過溶膠凝膠、超臨界干燥而獲得；進一步優選地，所述氣凝膠前驅體的質量濃度為5-40％，最優選為15-25％。

優選地，所述Z向針刺的針刺密度為5-50針/cm²，進一步優選為20-40針/cm²。