[发明专利]一种耐高温低热导率隔热透波材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种耐高温低热导率隔热透波材料及其制备方法，属于无机非金属材料领域。通过以下方式实现：该材料主要由陶瓷纤维构成，并含有大量的孔隙；材料中包含少量的由烧结助剂转变而成的陶瓷相，位于陶瓷纤维的搭接处。制备时，将陶瓷纤维连同烧结助剂、定型剂在水中分散均匀获得浆料，采用抽滤脱水和加压成型工艺制备湿毛坯，湿毛坯干燥后经高温烧结获得耐高温低热导率隔热透波材料。与此前常用的隔热透波材料相比，本发明制备得到的透波材料耐高温等级大幅提高，同时具有较低的体积密度、优异的隔热性能、良好的介电性能以及较高的力学强度。

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，涉及一种耐高温低热导率隔热透波材料及其制备方法。

背景技术

透波天线罩(窗)是用于保护航天飞行器通讯、遥测、制导、引爆等系统能在服役环境下进行正常工作的关键部件，在运载火箭、飞船、导弹及返回式卫星等飞行器的天线电系统中获得了广泛应用。用于制作天线罩(窗)的防热透波材料，一般要求具有较好的抗气流冲刷性能和较高的力学强度，因此经常追求较高的致密性。这种致密性导致防热透波材料的热导率较高，隔热性能相对较差。但是，随着人们对未来战争认识观念的转变，世界各国对高马赫数飞行器的发展和研究越来越重视，飞行器的透波天线罩(窗)所承受的气动热也越来越严重。为保证飞行器内通讯设备的正常工作，必需在罩体或窗口内部增设一层兼具高效隔热和优异透波功能的材料，用以阻挡热量向飞行器内部的传输，这就是所谓的隔热透波材料。

从国内外的公开资料来看，关于隔热透波材料的报道很少。美国在上世纪七十年代发展航天飞机的过程中，为满足航天飞机再入大气层过程中的通讯需要，对陶瓷瓦、石英纤维、莫来石纤维等材料的介电性能进行了测试。国内对于隔热透波材料的研究，主要集中于隔热瓦和SiO₂气凝胶两种材料。

上述报道的隔热透波材料均具有一定的不足，例如：SiO₂气凝胶的耐高温等级在1000℃以下，并且易于吸潮引起介电性能的急剧恶化；石英纤维的耐高温等级也仅为1000℃左右，陶瓷瓦稍高；莫来石纤维的耐高温等级虽相对较高，但抗热震性能较差，同时呈现柔性特征，力学性能难以满足工程需求。因此，为满足新型飞行器的需求，必须发展耐高温等级高、抗热震性能好、介电性能优异、力学强度高的隔热透波材料。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种耐高温低热导率隔热透波材料及其制备方法，以氮化硅陶瓷纤维为主，同时添加一定量的莫来石纤维、氧化铝纤维、石英纤维，将上述纤维随同烧结助剂、定型剂在水中分散均匀获得浆料，采用抽滤脱水和加压成型工艺制备湿毛坯，毛坯干燥后经高温烧结获得耐高温低热导率隔热透波材料。与此前常用的隔热透波材料相比，耐高温性能大大提高，同时具有较低的体积密度、优异的隔热性能、良好的介电性能以及较高的力学强度。本发明中的耐高温低热导率隔热透波材料可直接制备平板、弧形、锥形等结构件，同时具有良好的机械加工性，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种耐高温低热导率隔热透波材料，该材料主要由陶瓷纤维构成，并含有大量的孔隙；材料中包含少量的由烧结助剂经烧结转变而成的陶瓷相，位于陶瓷纤维的搭接处。

进一步地，陶瓷纤维选自氮化硅短切纤维、莫来石纤维散棉、氧化铝短切纤维、氧化铝纤维散棉、石英短切纤维中的任意一种或其组合；

烧结助剂选自氮化硼、硅溶胶、铝溶胶、氧化硅粉体、氧化铝粉体中任意一种或其组合，烧结助剂硅溶胶的浓度介于5wt％～40wt％；铝溶胶的浓度介于5wt％～40wt％。

进一步地，该材料的制备原材料还包括定型剂，质量占比为陶瓷纤维总质量的10％～40％，该定型剂为淀粉、炭黑中任意一种或其组合，烧结过程中会被去除。

第二方面，一种耐高温低热导率隔热透波材料的制备方法，用于制备上述第一方面所述的耐高温低热导率隔热透波材料，包括以下步骤：