[发明专利]一种增韧抗压耐烧蚀材料的制备方法

说明书

本发明涉及高分子复合材料制备技术领域，具体涉及一种增韧抗压耐烧蚀材料的制备方法。将甲基硅油裂解得到裂解产物，将裂解产物与二甲苯混溶得到浓缩液，以硼化锆粉末、浓缩液为原料制备得到结合剂，最后将白刚玉、黑曜岩、氧化铝粉等原料混合搅拌，将耐高温溶液涂覆于碳纤维布上得到耐高温碳纤维布，将其热压固化得到增韧抗压耐烧蚀材料，膨胀的石墨提高耐烧蚀材料的外表面散热面积，对耐烧蚀材料炭化层起到降温作用，聚碳硅烷裂解的碳化硅晶须填充于耐烧蚀材料中起到增韧作用，形成的二氧化锆‑二氧化硅薄膜，减小高温过程中因膨胀产生的向外应力，从而提高耐烧蚀材料在高温环境下的抗压强度，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及高分子复合材料制备技术领域，具体涉及一种增韧抗压耐烧蚀材料的制备方法。

背景技术

近年来，航空航天、弹道导弹等技术得到了长足的发展。耐烧蚀绝热材料是其用到的关键材料之一。耐烧蚀绝热材料通常是指应用于升温速率大于500℃/s，工作温度大于2000℃，且需要承受高速气流冲刷及高速粒子侵蚀的复合材料，是国防、航天航空领域重要的工程材料。

飞行器飞行过程中与大气的摩擦产生上千摄氏度高温，会将整个飞行器烧毁。推进剂产生的高温、高压燃气将使发动机结构受到破坏。发动机喷管经受推进剂燃气及金属粒子的剧烈冲刷，为保证火箭发动机等部件结构的完整性，必须对暴露在推进剂燃气中的部件表面粘贴一层绝热材料加以保护，而这种绝热材料多以烧蚀材料为主。

耐烧蚀绝热材料在燃烧室高温烧蚀环境下形成炭化层、热解层和基体层三层结构。其中的炭化层直接承受热化学烧蚀、气流剥蚀和粒子侵蚀的共同作用，对保证绝热材料耐烧蚀性能和保护发动机壳体起关键作用。显然，炭化层的组成、微观结构和性能决定了绝热材料的耐烧蚀性能，炭化层的微观结构也是绝热材料烧蚀机理研究的重点。如果绝热复合材料在受热或燃烧时能形成“坚实”的炭化层，残炭率越高，炭化层越致密，炭化层与基体层的结合越牢固，则炭化层在燃气流和粒子冲刷作用下就越不容易被冲刷掉，材料的烧蚀率就越低，热防护能力越高。耐烧蚀绝热材料一般选取原则为：（1）材料的绝热性能好，导热系数低，受热时熔化热与蒸发热大；（2）热稳定性好，耐烧蚀性好（线烧蚀率最好小于0.1mm/s）、耐冲刷、受热时能够分解出低分子气体，形成的残炭层致密稳定、强度较高；（3）力学性能好；（4）发烟量少；（5）工艺性好，要易于制备加工。

目前研究较多的耐烧蚀复合材料是碳-碳复合材料和高分子复合材料。其中碳-碳复合材料具有低比重，高比强，高比模，低热膨胀系数，耐烧蚀等一系列优异特性，使其在航空航天领域有着其他材料无法比拟的应用前景。但碳-碳复合材料有一个致命的缺点，即在高温条件下易氧化，且氧化速率随着温度升高迅速增加。如果对易氧化缺点不加以防范，将引发灾难性的后果。目前用于解决碳-碳复合材料抗氧化的方法主要有涂层法，在高速粒子冲刷和高低温瞬时热震等极端环境下，表面涂层容易剥离，腐蚀，脱落从而导致失效。后者所用的高分子基体树脂有酚醛类、有机硅类、聚芳炔类等。有机硅用作耐烧蚀材料施工方便，但是其耐高温不超过1000℃，限制了其在航空航天领域的应用。聚芳炔由于含有大量的苯环和炔基，所以残炭率非常高（800℃时的残炭率为80～90%），但是其与碳纤维增强材料的粘合性不好，制备的复合材料力学强度低。酚醛树脂基体复合材料因其性能优异，价格低廉而广泛用作耐烧蚀材料，但是酚醛树脂存在脆性大、吸水率大、成型收缩率高的缺陷。

因此，研究开发出一种力学性能好、耐烧蚀性能强以及热稳定性好的耐烧蚀绝热材料来满足未来航天器速度更快，有效载荷越高的要求，具有重要意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对目前酚醛树脂基体作为耐烧蚀材料基体，性能优异，价格低廉而广泛应用，但酚醛树脂脆性大，成型收缩率高不易加工，烧蚀后高温抗压性能较差，并且普通耐烧蚀材料绝热性能有待提高的缺陷，提供了一种增韧抗压耐烧蚀材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种增韧抗压耐烧蚀材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：