[发明专利]一种宽频吸波的防隔热隐身复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种宽频吸波的防隔热隐身复合材料及其制备方法，防隔热隐身复合材料由内到外依次包括冷面面板、第一气凝胶复合材料隔热层、第一电阻型高温超材料层、第二气凝胶复合材料隔热层、第二电阻型高温超材料层、第三气凝胶复合材料隔热层和热面面板。一体化的防隔热隐身复合材料，在防隔热性能方面，相对现有隔热瓦以及盖板式热防护系统，具有隔热性能好、力学性能优异、可制备大构件、可靠性高、易维护等优点；在隐身性能方面，采用高温超材料技术方案具有可设计性强、易于实现宽频吸波的优点，相对冷面采用吸波材料的技术方案几乎不产生增重，而且无需在防热与隔热材料中添加吸收剂，对防隔热性能无影响，且材料均匀性好，可控性强。

技术领域

本发明属于材料领域，尤其涉及一种宽频吸波的防隔热隐身复合材料及其制备方法。

背景技术

高速飞行器在大气中长时飞行，气动热使机体表面温度可以达到数百甚至1000℃以上，为保证飞行器的正常工作，具有防热和隔热性能的热防护系统（TPS）成为高速飞行器机体不可或缺的重要组成部分。TPS要具备较好的防热功能，以维持飞行器的气动外形；同时还要具有优异的隔热性能，以保证飞行器的电子设备和油箱等能够正常工作。陶瓷隔热瓦是发展时间最长、较为成熟的TPS，但其固有的脆性、低强度、偏高的热导率、难以制造大尺寸构件等问题很难适应未来高速飞行器对TPS的高效率和高可靠性的要求。

隐身化是未来高速飞行器发展的重要趋势，这就要求TPS在具备优异的防隔热性能的基础上，还要具备宽频吸波功能。要实现TPS的宽频吸波功能，有两种常规技术方案：一种是在TPS冷面制备常温吸波结构材料或者吸波涂层，将高温隐身变为常温隐身问题，但这个方案最大的问题是会给TPS带来了额外的厚度与重量负担，尤其是大面积使用给整机带来巨大的重量负担；同时受TPS的电性能与厚度约束，会对常温吸波材料宽频吸波性能的设计与实现造成一定影响。另一种是在TPS材料中添加高温雷达吸收剂实现吸波功能，但是吸收剂的添加会对复合材料的防热与隔热性能以及原有成型工艺产生不利影响，尤其对隔热性能影响较大，还会带来材料均匀性变差的问题；同时由于高温电损耗吸收剂较差的频散特性很难实现宽频吸波功能，尽管采用多层匹配设计方案可以在一定程度上拓展吸波带宽，但也会进一步增加材料成型的复杂性与质量控制的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具备宽频雷达吸波功能的防隔热隐身复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为提供一种宽频吸波的防隔热隐身复合材料，由内到外依次包括冷面面板、第一气凝胶复合材料隔热层、第一电阻型高温超材料层、第二气凝胶复合材料隔热层、第二电阻型高温超材料层、第三气凝胶复合材料隔热层和热面面板，所述第一气凝胶复合材料隔热层、第二气凝胶复合材料隔热层和第三气凝胶复合材料隔热层均为氧化物陶瓷纤维增强气凝胶复合材料，所述第一电阻型高温超材料层和第二电阻型高温超材料层均为涂覆有周期性排列电阻涂层的连续氧化物陶瓷纤维增强氧化物复合材料，所述冷面面板和热面面板均为连续氧化物陶瓷纤维增强氧化物陶瓷基复合材料。

本发明的防隔热隐身复合材料，由7个功能层组成，其中冷面面板本身具备较好的强度，同时主要用于与飞行器机体金属的粘接，以解决气凝胶复合材料隔热层强度和粘接性均较差且无法实现与飞行器金属机体有效粘接的问题；所述第一气凝胶复合材料隔热层、第二气凝胶复合材料隔热层和第三气凝胶复合材料隔热层主要提供隔热功能，同时利用其优异的介电性能为隐身功能设计提供电厚度设计空间；所述第一电阻型高温超材料层和第二电阻型高温超材料层主要提供宽频吸波功能，热面面板主要提供防热性能和优异的力学性能，以上各组成层相结合形成一体化的防隔热隐身复合材料。一体化的防隔热隐身复合材料，在防隔热性能方面，相对现有隔热瓦以及盖板式热防护系统，具有隔热性能好、力学性能优异、可制备大构件、可靠性高、易维护等优点；在隐身性能方面，采用高温超材料技术方案具有可设计性强、易于实现宽频吸波的优点，相对冷面采用吸波材料的技术方案几乎不产生增重，而且无需在防热与隔热材料中添加吸收剂，对防隔热性能无影响，且材料均匀性好，可控性强。