[發明專利]一種高強度氧化物納米纖維多孔熱防護材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202310019183.0
• 申請日: 2023-01-06
• 公開（公告）號: CN115871289A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 張博;田響宇;周糧;邱玉冰;龍海依
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B17/02;B32B5/06;B32B38/00;B32B38/08;B64C1/00
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本發明涉及一種高強度氧化物納米纖維多孔熱防護材料，包括納米級氧化物纖維層和微米級氧化物纖維層，納米級氧化物纖維層平鋪于微米級氧化物纖維層的表面且形成互穿網絡結構，納米級氧化物纖維層及微米級氧化物纖維層的內部均包含納米微粒。本發明還涉及一種高強度氧化物納米纖維多孔熱防護材料的制備方法。該高強度氧化物納米纖維多孔熱防護材料及其制備方法的目的是解決氧化物納米纖維熱防護材料結構松散、強度低的問題。

技術領域

本發明涉及熱防護材料制備技術領域，具體涉及一種高強度氧化物納米纖維多孔熱防護材料及其制備方法。

背景技術

隨著飛行器的飛行速度大幅提高，飛行器各結構面臨著嚴重的氣動加熱考驗，“熱”與“力”成為結構設計與材料應用的關鍵。傳統的熱防護材料主要以陶瓷纖維剛性防熱瓦、柔性隔熱氈為主，在滿足耐熱與輕質的條件下，隔熱性能較差。因此，氣凝膠材料因其優異的隔熱性能與超低的密度被廣泛關注。目前，應用氣凝膠最廣泛的領域仍然是隔熱領域，但由于其骨架結構強度較弱，脆性高且無法承受載荷，需要與其他承力結構復合應用，但結構中的熱橋效應會導致整體結構的隔熱性能下降。氧化物納米纖維具有納米級骨架結構，結構強度高、韌性好，由納米級氧化物纖維組成的納米多孔各材料能夠實現耐高溫、低導熱，同時具有良好的韌性，在熱防護技術領域具有廣泛的應用前景。

專利CN113663611A公開了一種耐高溫復合納米纖維氣凝膠材料及其制備方法，首先將正硅酸乙酯、磷酸和水混合攪拌后，加入碳化硅納米粉并繼續攪拌，經超聲處理后得到復合水解液；用水將聚乙烯醇水溶液、復合水解液混合均勻并攪拌，然后將前驅體溶液進行靜電紡絲，得到雜化納米纖維膜；將熱處理后的雜化納米纖維膜、正硅酸乙酯、硼酸和氯化鋁加入水中并進行高速攪拌，得到均相分散液，依次進行冷凍、冷凍干燥、復合聚碳化硅、固化以及高溫裂解過程，制得耐高溫復合納米纖維氣凝膠材料。制得的材料具有高彈性，同時具有優良的抗輻射性能、耐溫性能以及高溫隔熱性能，但該方法制備出的納米纖維氣凝膠材料結構松散、強度低，無法滿足使用要求；專利CN202210213909.X公開了一種超低熱導率納米纖維氣凝膠復合材料及其制備方法。該材料由納米纖維氣凝膠和氧化物氣凝膠組成，采用冷凍干燥技術制備的三維納米纖維氣凝膠為增強體，并復合氧化物氣凝膠，獲得層狀纖維支撐框架和納米孔氣凝膠復合的雙網絡結構，其隔熱性能較好，但納米顆粒與納米纖維之間結合力較弱，材料易粉化。

因此，發明人提供了一種高強度氧化物納米纖維多孔熱防護材料及其制備方法。

發明內容

(1)要解決的技術問題

本發明實施例提供了一種高強度氧化物納米纖維多孔熱防護材料及其制備方法，解決了氧化物納米纖維熱防護材料結構松散、強度低的技術問題。

(2)技術方案

本發明提供了一種高強度氧化物納米纖維多孔熱防護材料，包括納米級氧化物纖維層和微米級氧化物纖維層，所述納米級氧化物纖維層平鋪于所述微米級氧化物纖維層的表面且形成互穿網絡結構，所述納米級氧化物纖維層及所述微米級氧化物纖維層的內部均包含納米微粒。

進一步地，所述納米級氧化物纖維層中的纖維為莫來石納米纖維、SiO₂納米纖維、高硅氧納米纖維、碳納米纖維中的一種或多種。

進一步地，所述微米級氧化物纖維層中的纖維為莫來石纖維、氧化鋁纖維、石英纖維、高硅氧纖維、硅酸鋁纖維、玻璃纖維中的一種或多種。

進一步地，所述納米級氧化物纖維層的厚度為2～10mm。

進一步地，所述微米級氧化物纖維層的厚度為3～20mm。

本發明還提供了一種高強度氧化物納米纖維多孔熱防護材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將納米級氧化物纖維平鋪于微米級氧化物纖維表面，通過高頻針刺將兩種材料復合，形成互穿網絡結構；