[发明专利]一种耐烧蚀硅基树脂/陶瓷混杂材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种耐烧蚀硅基树脂陶瓷混杂材料及其制备方法，该混杂材料以硅基纤维为增强体，以可光固化硅基树脂为基体，以陶瓷粉体为填料；其制备方法包括陶瓷粉体处理，浆料制备，纤维预处理，浸渍，缠绕、固化成型和脱模五个步骤。与现有技术相比，本发明提供的混杂材料制备方法利用树脂基复合材料的一次性缠绕成型工艺，制备周期短、成本低，同时硅基树脂的光固化能够避免热固化温度高、对设备尺寸和形状限制等不足，有利于硅基树脂/陶瓷混杂材料轴对称防热构件的成型；本发明得到的混杂材料耐温性能介于树脂基复合材料和C/SiC等陶瓷基复合材料之间，能够在800～1300℃氧化性气氛中长时间使用而不发生明显烧蚀。

技术领域

本发明涉及飞行器热防护技术领域，尤其是一种耐烧蚀硅基树脂/陶瓷混杂材料及其制备方法。

背景技术

战术导弹等飞行器在大气层中飞行，受气动加热其表面温度会急速升高。飞行速度为7～8Ma时，表面温度将达到1200℃。外表面需要耐高温、抗氧化、抗冲刷的外防热层来承受恶劣的热环境，另外通过隔热层来阻挡或减少热量向内部传递，从而保护飞行器内部器件正常工作。现有的树脂基和金属热防护材料耐温性无法满足；C/C和C/SiC等复合材料耐温性虽然能够满足，但存在抗氧化能力差或制备工艺周期长造价昂贵等不足。结合陶瓷基防热复合材料耐高温、抗氧化烧蚀和树脂基防热复合材料一次成型、成本低等特点，设计一种陶瓷/树脂混杂复合材料，在使用过程中实现陶瓷组分的氧化或熔融形成保护层，或者与裂解产物反应减少结构失重，从而达到良好的热防护效果。该类材料成本大大低于陶瓷基复合材料而耐温及抗氧化性能大大高于树脂基复合材料，是战术导弹等一次性使用热防护领域的发展趋势。

高碳树脂(如酚醛树脂)在大气或富氧环境中长时间使用时，其高温碳化后的抗氧化能力相对较差，剥蚀现象严重。而硅基树脂的固化温度均在350℃以上，工艺性相对较差，设备尺寸和形状限制，是导致其应用困难的重要原因。

发明内容

本发明提供一种耐烧蚀硅基树脂/陶瓷混杂材料及其制备方法，用于克服现有技术中高碳树脂抗氧化能力相对较差，剥蚀现象严重；硅基树脂固化温度高、工艺性较差等缺陷，实现混杂材料耐中高温、长时间抗氧化、抗烧蚀，且固化温度低，对设备尺寸和形状没有限制。

为实现上述目的，本发明提出一种耐烧蚀硅基树脂/陶瓷混杂材料，所述混杂材料包括至少一层氧化物纤维；所述混杂材料以氧化物纤维为增强体，以可光固化硅基树脂为基体，以陶瓷粉体为填料；所述陶瓷粉体由支撑性填料、熔融性填料和反应性填料混合而成；所述混杂材料的密度为1.75～1.98g/cm³。

为实现上述目的，本发明还提出一种耐烧蚀硅基树脂/陶瓷混杂材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：分别将反应性填料和支撑性填料分散于碱溶液中处理，抽滤，烘干；

将熔融性填料分散于纯有机溶剂中，加入偶联剂，搅拌、抽滤、烘干；

S2：按质量比(35～50):(25～45):(10～25)将步骤S1处理后的支撑性填料、熔融性填料和反应性填料混合得到陶瓷粉体，

接着将陶瓷粉体加入硅基树脂中，

之后加入阳离子光引发剂和过氧化苯甲酰引发剂，阳离子引发剂包括重氮盐、鎓盐类、磺酰氧基酮等，搅拌均匀制得浆料；

S3：将氧化物纤维布剪裁，之后将纤维布进行脱胶处理；

S4：将步骤S3所得的纤维布浸渍步骤S2制得的浆料，纤维布叠层；

S5：将步骤S4所得的叠层纤维布在模具上缠绕并且同时进行光固化；

脱模，即获得耐烧蚀硅基树脂/陶瓷混杂材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：