[发明专利]一种陶瓷增强硼酚醛树脂基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种陶瓷增强硼酚醛树脂基复合材料及其制备方法，属于热防护材料与特种材料制备领域。组分包括：硼酚醛树脂粉末、氧化铝陶瓷粉末、氧化硼粉末、单壁碳纳米管、高性能碳纤维粉末和偶联剂；本发明通过添加氧化物粉末，有效提高了整个复合材料的高温抗氧化性能和耐烧蚀性能；并使用二硬脂酰氧异丙基铝酸酯偶联剂对氧化物粉末进行了表面预处理，大大增强了填料与基体的结合力，有效提高了整个复合材料的力学性能；同时所制备的复合材料密度低至0.3～0.4g/cm³，表现出优异的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷增强硼酚醛树脂基复合材料及其制备方法，属于热防护材料与特种材料制备领域。

背景技术

随着通讯技术的不断发展以及国防要求的不断提高，航天飞行器的速度不断提升，特别是超高音速飞行器的出现，使得高速飞行器在大气层飞行时产生的气动热也越来越高，其表面温度最高可达几千摄氏度，因而高温热防护材料面临更加严峻的挑战。常用的热防护方法有热沉法、辐射法和烧蚀法，其中烧蚀法是一种通过表面烧蚀材料在高温下升华、熔化、碳化等反应以及烧蚀后表面碳层的再辐射来进行热量消耗的积极防热方式，从而保护飞行器内部结构的正常运行以及人员的生命安全，具有防热效率高、工作可靠、适应流场变化能力强等优点，应用最为广泛。

酚醛树脂是世界上最早实现工业化生产的合成树脂，其有着原料易得、价格低廉、生产工艺和设备简单，更有着优异的耐热性、电绝缘性、尺寸稳定性、成型加工性以及阻燃性，在耐烧蚀热防护材料领域表现出极大的应用潜力。但酚醛树脂在高温烧蚀过程中有降解严重，烧蚀后经常岀现烧蚀坑、沟槽等过度烧蚀和不稳定烧蚀等现象。通过在酚醛树脂基体中引入耐高温的B原子，可形成具有高解离能的C-B键，制得硼酚醛树脂，使得初始的分解温度能够提高，从而提高整个材料体系的耐热性能。专利CN106117964A提供了一种改性硼酚醛树脂的制备方法，制得了高质量保留率且分散性好的改性硼酚醛树脂；也有诸多对硼酚醛树脂进行改性以提高其耐热性的研究，但现在面临的问题是所得硼酚醛树脂基复合材料的综合性能不够优异，耐烧蚀、轻质化、高温抗氧化以及力学性等性能特征上没有平衡，而且耐烧蚀时间短、成本高，在高新科技飞速发展的背景下，难以满足耐烧蚀材料日益提高的性能要求。因此，提供一种陶瓷增强硼酚醛树脂基复合材料及其制备方法，具有重大的军事价值及战略意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有硼酚醛树脂基复合材料综合性能不够优异，耐烧蚀、轻质化、高温抗氧化以及力学性等性能特征上不能平衡，而且耐烧蚀时间短、成本高的缺点，而提供的一种陶瓷增强硼酚醛树脂基复合材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种陶瓷增强硼酚醛树脂基复合材料，其各组分所占质量百分比如下：

组分中硼酚醛树脂粉末中硼的质量百分数为2～7％；

组分中氧化铝陶瓷粉末、氧化硼粉末的粒径均为10～30μm；

组分中偶联剂为二硬脂酰氧异丙基铝酸酯偶联剂；

一种陶瓷增强硼酚醛树脂基复合材料及其制备方法，具体步骤如下：

步骤一、按配方组分质量百分比称取硼酚醛树脂粉末、氧化铝陶瓷粉末、氧化硼粉末、单壁碳纳米管、高性能碳纤维粉末、偶联剂；按硼酚醛树脂粉末与N，N二甲基甲酰胺溶液质量比1:1称取N，N二甲基甲酰胺溶液A，然后将硼酚醛树脂粉末、单壁碳纳米管溶解在N，N二甲基甲酰胺溶液A中，并使用机械搅拌，搅拌速率为300～500r/min，3～5小时后得到硼酚醛树脂混合溶液；