[发明专利]一种轻质高强隔热莫来石纤维多孔陶瓷的制备方法

说明书

本发明涉及一种轻质高强隔热莫来石纤维多孔陶瓷的制备方法。将去离子水，聚丙烯酰胺，碳化硼粉末和硅溶胶混合，放入行星球磨机球磨，得到混合均匀粘结剂浆料；将短切多晶莫来石纤维添加到粘结剂浆料中搅拌，得到纤维浆料；将纤维浆料倒入下端具有过滤筛网的模具中，用真空泵抽滤，得到纤维多孔陶瓷湿坯；将纤维多孔陶瓷湿坯脱模后，放入超低温冰箱中进行冷冻；将冷冻完全的坯体放入冷冻干燥机中冷冻干燥得到莫来石纤维多孔陶瓷干坯，将干坯放入高温炉中烧结得到莫来石纤维多孔陶瓷。本发明克服了由于粘结分布不均匀导致纤维多孔陶瓷密度高，气孔率低，抗压强度低的问题。本发明的多孔陶瓷粘结剂分布均匀纤维节点处，对纤维起支撑和固定作用。

技术领域

本发明涉及纤维多孔陶瓷技术领域，特别是涉及一种轻质高强隔热莫来石纤维多孔陶瓷的制备方法。

背景技术

随着航空航天领域的飞速发展，各国对于新型高速航天飞行器的研制开发日益升温。由于航天器在大气层中以高马赫数飞行时要经受严重的热、振动和冲击等复杂环境的影响，因此对航天器的热防护材料与结构提出了更高的要求，需要其具有较低的密度，较高的强度和较好的隔热性能等。

莫来石纤维多孔陶瓷是以莫来石纤维为主体材料，相互搭接形成类似于鸟巢的纤维网络结构，纤维与纤维的节点处通过高温粘结剂牢固结合。具有这一微观结构的莫来石纤维多孔陶瓷具有超高的孔隙率，较低的密度，较高的强度和较低的热导率，可以保证航天器在高速飞行时的安全。因此，莫来石纤维多孔陶瓷以其轻质，高强，耐高温，抗氧化、耐腐蚀等优点成为航天器热防护系统中一类重要的候选材料。

莫来石纤维多孔陶瓷的制备工艺主要包括成型，干燥，高温煅烧等几个步骤，具体为采用真空抽滤法或加压排液法成型纤维多孔陶瓷，对纤维多孔陶瓷的湿坯进行热空气干燥，最后经高温热处理制得纤维多孔陶瓷。采用此种工艺制得的莫来石纤维多孔陶瓷存在微观结构不均匀，进而导致强度低，隔热性差的问题。其主要原因在于湿坯在采用热空气干燥过程中，高温粘结剂会随水分蒸发迁移至材料的表面，使得材料表面粘结剂含量高，内部粘结剂含量少，极大地影响纤维多孔陶瓷的力学性能和热学性能。中国专利CN105565845A利用淀粉的糊化作用和烧蚀特性，采用淀粉原位固化法制备了纤维多孔隔热瓦，在一定程度上解决了干燥过程中粘结剂的迁移问题。但根据此专利所提供的制备方式，工艺复杂，较难控制，不利于材料的大规模生产及工业化，所以通过利用干燥方式的改变，由热空气干燥改为冷冻干燥，使粘结剂迅速固化在节点位置，制备粘结剂分布均匀且只分布在节点处的莫来石纤维多孔陶瓷。通过所查专利，至今为止，并没有利用冷冻干燥制备莫来石纤维多孔陶瓷的报道，故本发明以莫来石纤维为基体材料，以硅溶胶为粘结剂，通过真空抽滤成型，冷冻干燥，高温烧结的方法，制备出了轻质高强隔热的莫来石纤维多孔陶瓷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有莫来石纤维多孔陶瓷由于制备工艺导致的粘结剂分布不均匀，力学性能差的技术问题，提供一种轻质高强隔热的莫来石纤维多孔陶瓷的制备方法，选用多晶莫来石纤维为基体，硅溶胶为高温粘结剂，碳化硼粉末为烧结助剂，经过真空抽滤成型制得湿坯，湿坯经冷冻干燥，高温烧结得到具有三维网络结构的莫来石纤维多孔陶瓷。

为实现上述目的，采用的具体技术方案如下：

一种轻质高强隔热的莫来石纤维多孔陶瓷的制备方法，步骤如下：

(1)将去离子水，聚丙烯酰胺，碳化硼粉末和硅溶胶混合，用搅拌器搅拌直至混合均匀，放入行星球磨机中进行球磨，得到混合均匀的粘结剂浆料；

(2)将经水洗、短切、过筛的多晶莫来石纤维添加到步骤(1)得到的粘结剂浆料中，一边添加一边用搅拌器搅拌，待纤维添加完后继续搅拌，直到纤维均匀的分散在粘结剂浆料中，得到分散良好的纤维浆料；

(3)将步骤(2)中得到的纤维浆料倒入下端具有过滤筛网的模具中，打开真空泵调节抽滤压力进行抽滤，得到纤维多孔陶瓷湿坯；