[发明专利]一种石英隔热件及制备方法

说明书

本发明提出一种石英隔热件及制备方法，由石英承载基体和若干隔热结构组成，石英承载基体上加工若干凹腔，隔热结构固定安装在凹腔中。本发明相比于实心结构石英/石英材料隔热件，最大减重能达到50％，相同厚度下隔热效果提升显著，其承压能力是纤维增强二氧化硅气凝胶块的10倍以上。

技术领域

本发明涉及一种石英隔热件及制备方法，属于隔热材料技术领域。

背景技术

随着超声速武器飞行马赫数、飞行时间的不断提升，飞行器隔热问题日益严峻。为了保证金属舱体的内部温度维持在较低的水平，金属舱体表面或金属舱体与发动机等高温热源接触面需要用到大量的隔热材料。近些年，作为一种优质的隔热材料，纤维增强二氧化硅气凝胶大量应用于需要进行隔热的部位，但其强度低，难以承受较大的载荷，因此某些情况下采用纤维增强石英复合材料作为替代。

相对于气凝胶材料，纤维增强石英复合材料的力学强度是纤维增强气凝胶的10倍以上，但其密度较大，热导率较高，为了达到较好的防热效果，纤维增强石英复合材料做成部件时往往需增加厚度，带来质量上的增加。对于高超声速飞行器而言，质量的轻微增加，往往带来较大的射程损失。

为解决上述的问题，一条思路是采用蒙皮夹心结构，纤维增强石英复合材料作为蒙皮，气凝胶材料作为夹心材料，从一定程度上提高了承载能力，但还未能达到承力结构件的承载要求。因此，轻质承力隔热件的研制，一直是高超声速飞行器发展过程中需大力解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种具有较高力学强度、优异隔热性能、质量轻的石英隔热件及制备方法。

本发明的技术解决方案：一种石英隔热件，由石英承载基体和若干隔热结构组成，石英承载基体上加工若干凹腔，隔热结构固定安装在凹腔中，所述的凹腔底部壁厚不少于3mm，相邻凹腔之间的间隔为3～10mm，单个凹腔面积不大于200cm²，凹腔总面积占石英承载基体总面积的50～80％。

在上述要求范围内，增加凹腔的面积占比，在保证承载能力的前提下，有利于提升隔热件的隔热效果。

所述的石英承载基体为石英/石英复合材料。

石英/石英复合材料通过机加制造多个相邻的凹腔，相邻凹腔间的石英/石英材料隔断起加强筋的作用，通过对空腔的设计，使得本发明的石英隔热件既能承受较大载荷又能保证隔热效果。

所述的凹腔可以根据实际需要进行形状设计，可以是方形、圆柱形等便于加工的形状。

所述的石英/石英复合材料通过低密度二氧化硅溶胶浸渍工艺制备，浸渍工艺为本领域公知技术。

所述的二氧化硅溶胶为市售工业级二氧化硅溶胶，密度不高于1.3g/cm³，保证了溶胶在室温下能有较长保存周期。

所述的隔热结构为纤维增强二氧化硅气凝胶。

纤维增强二氧化硅气凝胶制备为本领域公知技术，根据凹腔的大小、深度和形状来确定纤维增强二氧化硅气凝胶的大小、厚度和形状，隔热结构安装到凹腔中后，保证隔热结构不能高出凹腔，最好略低于凹腔，避免隔热结构承受加大载荷。

所述的隔热结构通过无机粘接剂粘接在凹腔内。粘接剂可采用常用的无机粘接剂，其使用温度要满足隔热结构的使用温度要求。

一种石英隔热件制备方法，通过以下步骤实现：

第一步，制备石英/石英复合材料，

将石英纤维织物放置于真空浸渍罐中，真空条件下注入二氧化硅溶胶。浸渍一定时间后将二氧化硅溶胶从浸渍罐中排出，将织物干燥。利用排出的溶胶重复上述真空浸渍-干燥步骤，直至到达需要的材料密度，将石英/石英材料高温烧结。上述制备过程中二氧化硅溶胶始终处于循环利用状态，石英/石英材料的密度通过浸渍次数调控。