[发明专利]一种轻质高强度耐冲刷陶瓷防隔热一体化结构及制备方法

说明书

本发明涉及一种轻质高强度耐冲刷陶瓷防隔热一体化结构及制备方法，防隔热一体化结构包括：强化的轻质抗氧化多孔隔热基体结构和涂覆在多孔基体表面的致密耐冲刷防热涂层；基体结构为经过硅氧烷胶体浸渍、热解处理的低导热多孔抗氧化陶瓷纤维隔热结构，主要成分为氧化铝和氧化硅；涂层为具有抗氧化性的难熔金属硅化物涂层体系，主要成分为二硅化钼、二硅化钽，氧化硅以及氧化硼；在强化轻质多孔抗氧化隔热基体结构表面涂覆致密耐冲刷涂层并进行烧结，得到一体化轻质防隔热结构。本发明克服陶瓷隔热结构的脆性大、抗冲击能力差、耐温能力低以及防隔热双层结构之间的界面不相容等问题，具有耐温能力高，密度低、强度高、耐冲刷力强、稳定性好以及制备工艺简单等特点。

技术领域

本发明涉及一种轻质高强度耐冲刷陶瓷防隔热一体化结构及制备方法，属于陶瓷防隔热结构技术领域。

背景技术

新一代飞行器以其高超声速巡航、快速机动反应、可靠性高和低维护成本等特点成为了21世纪各军事强国竞相发展的重要战略武器装备。以X-37B和航天飞机为背景的飞行器在长时间的临近空间飞行和再入过程中，面临的热环境非常恶劣，飞行器局部(如头部、翼前缘)的表面温度非常高，因此对飞行器的热防护结构和材料提出了严峻挑战。碳/碳复合材料、陶瓷防热瓦、陶瓷隔热瓦、超高温陶瓷是此类飞行器热防护系统中最主要的防热候选材料。但是碳/碳复合材料在高温下存在易烧蚀问题，超高温陶瓷还存在易裂问题，陶瓷防热瓦、陶瓷隔热瓦还存在耐温能力低、脆性大、抗冲刷力差等问题，陶瓷防热瓦和隔热瓦之间还存在相容性问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种轻质高强度耐冲刷陶瓷防隔热一体化结构，解决了传统陶瓷防热瓦、陶瓷隔热瓦存在的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种轻质高强度耐冲刷陶瓷防隔热一体化结构，包括：基体结构(1)和涂覆在基体结构表面的涂层(2)，基体结构(1)为强化的多孔抗氧化陶瓷纤维隔热结构，涂层(2)为具有抗氧化性的难熔金属硅化物涂层。

进一步的，所述强化的多孔抗氧化陶瓷纤维是指经过硅氧烷胶体浸渍热解处理的多孔抗氧化陶瓷纤维，结构等效密度低于400kg/cm³，导热系数低于0.2W/m.K。

进一步的，强化的多孔抗氧化陶瓷纤维其成分包括氧化铝和氧化硅；氧化铝和氧化硅质量百分比总含量大于95％，其中氧化铝质量百分比含量为50～80％。

进一步的，强化的多孔抗氧化陶瓷纤维的制备过程为：多孔抗氧化基体结构在硅氧烷胶体中浸渍10分钟～6小时，之后在空气中放置6～48小时，在有氧气氛中烧结12～24小时。

进一步的，涂层(2)成分包括氧化硅、氧化硼、二硅化钼和二硅化钽，涂层成分质量比例为1：1～4：1～10：1～5。

进一步的，经过强化后的基体结构表面涂覆涂层(2)后，在空气中放置12～48小时，之后在有氧气氛中烧结，烧结最高温度为1000℃～1500℃，得到防隔热一体化结构。

进一步的，涂层(2)部分浸渍到强化后的多孔抗氧化陶瓷纤维中形成梯度化结构。

进一步的，涂层(2)厚度为100um～2mm，基体结构厚度不低于5mm。

进一步的，防隔热一体化结构等效密度低于500kg/cm³，压缩强度不低于1.5MPa，耐温能力超过1700℃。

进一步的，本发明还提出一种防隔热一体化结构的制备方法，步骤如下：

(1)制备基体结构；基体结构为多孔抗氧化陶瓷纤维结构，通过氧化铝和氧化硅制备；氧化铝和氧化硅质量百分比总含量大于95％，其中氧化铝质量百分比含量为50～80％；