[发明专利]一种轻质耐高温热防护材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种轻质耐高温热防护材料及其制备方法，属无机功能材料领域。所述方法包括：制备碳纤维硬质多孔骨架，所述硬质多孔骨架的纤维搭接处由碳连接，纤维表面覆有碳层；制备浸渍浆料，所述浸渍浆料中包含硼化物陶瓷粉体、硅化物陶瓷粉体和液相聚碳硅烷；采用所述浸渍浆料对所述硬质多孔骨架的表层进行浸渍，使所述浸渍浆料填充所述硬质多孔骨架的表层孔隙，然后固化、热处理，得到轻质耐高温热防护材料。本发明制得的防护材料具有高抗氧化、耐高温和抗高力学载荷等性能，不会发生超高温陶瓷材料的热震破坏问题，具有高可靠性的特点，热防护材料可以应用到2000℃以上的氧化性环境中而不破坏。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强表层陶瓷化轻质耐高温热防护材料的制备方法，属无机功能材料领域。

背景技术

飞行器的高超声速化对热防护系统提出了更高的耐温要求，特殊防热部位(如翼前缘、端头、舵前缘及干扰区等部位)的服役温度高达2000℃以上，抗氧化碳/碳复合材料、碳/碳化硅复合材料等热防护材料受耐温局限而无法使用。超高温陶瓷材料和低烧蚀碳/碳复合材料具有耐超高温特性，是高超声速航天飞行器热防护系统高温部位的可选材料。

超高温陶瓷材料耐超高温和抗氧化能力优越，但其抗热震能力极差，较大尺寸构件快速受热时很容易发生灾难性破坏。针对超高温陶瓷的增韧是一个重要方向，但目前尚未很好的解决。低烧蚀碳/碳复合材料是在高密度碳纤维增强的骨架中引入大量抗烧蚀的陶瓷组元，形成高密度实心材料，通过阻止质量的过快消耗，降低碳/碳复合材料的烧蚀速率，这种材料可以很好地解决热震破坏的问题，能够实现超高温下的应用，但该材料在服用过程中仍有烧蚀，当热防护部件不同区域热环境存在差异时，服役过程中就会存在烧蚀不均匀现象，从而造成飞行器外形的变化，较大外形变化时飞行器的飞行轨道将发生改变；同时，由于该材料密度高、热导率高，几乎没有隔热能力。

因而，亟需一种具有隔热能力、抗热震能力的轻质耐高温热防护材料。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种轻质耐高温热防护材料及其制备方法，制得的防护材料具有高抗氧化、耐高温和抗高力学载荷等性能，不会发生超高温陶瓷材料的热震破坏问题，具有高可靠性的特点，热防护材料可以应用到2000℃以上的氧化性环境中而不破坏。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种轻质耐高温热防护材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备碳纤维硬质多孔骨架和浸渍浆料，所述硬质多孔骨架的纤维搭接处由碳连接，纤维表面覆有碳层，所述浸渍浆料中包含硼化物陶瓷粉体、硅化物陶瓷粉体和液相聚碳硅烷；

(2)采用所述浸渍浆料对所述硬质多孔骨架的表层进行浸渍，使所述浸渍浆料填充所述硬质多孔骨架的表层孔隙，然后固化、热处理，得到轻质耐高温热防护材料。

在一可选实施例中，步骤(1)所述的碳纤维硬质多孔骨架通过化学气相渗透法在碳纤维交织多孔结构的纤维搭接处形成连接碳，并在纤维表面形成碳层的方法制得。

在一可选实施例中，步骤((2)之前，还包括：

在所述硬质多孔骨架的内部孔壁表面形成氧化防护层。

在一可选实施例中，步骤(1)所述的浸渍浆料中所述硼化物陶瓷粉体和硅化物陶瓷粉体的体积比为1：(0.2～1.5)，所述硼化物陶瓷粉体和硅化物陶瓷粉体的总体积与所述液相聚碳硅烷的体积比为1：(0.5～2)。

在一可选实施例中，步骤(1)所述的浸渍浆料中还包含液相聚碳硅烷的溶剂。

在一可选实施例中，所述液相聚碳硅烷与所述溶剂的体积比为1：(0.1～2)。

在一可选实施例中，步骤(2)所述的采用所述浸渍浆料对所述硬质多孔骨架的表面进行浸渍，包括：