[发明专利]一种防隔热集成一体化材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种防隔热集成一体化材料及其制备方法，包括隔热层、增强层和防热层，所述隔热层包括位于冷面层的硅基纳米隔热材料和位于热面层的梯度铝硅基纳米隔热材料，两层隔热材料以块体的形式形成十字拼接；所述增强层包括第一增强层和第二增强层，所述第一增强层为1～3层六面包覆硅基纳米隔热材料块体和铝硅基纳米隔热材料块体的氧化铝复合材料，所述第二增强层为3～20层氧化铝复合材料，与隔热层的热面层粘接；所述防热层为1～3层整体包覆隔热层和增强层的氧化铝复合材料。本发明采用防隔热集成一体化处理，将具有优良抗氧化、抗烧蚀性能的防热层与具有良好隔热性能的隔热层有效组合，提高了表面的抗冲击能力，保障了热防护系统的安全性。

技术领域

本发明属于热防护材料技术领域，特别涉及一种防隔热集成一体化材料及其制备方法。

背景技术

热防护系统是制约空天飞行器最终服役能力的关键技术。从各国航天航空领域的研究发展发现，空天飞行器的热防护系统逐渐从烧蚀向非烧蚀，从防热、隔热分开向防隔热集成一体化发展。X-37B空天飞行器的成功发射，引起了广泛关注，尤其是其新型的热防护系统取得了巨大突破。它采用了新型的整体韧化型纤维增强抗氧化复合材料(TUFROC)热防护系统，创新使用了防热隔热一体化的设计方法，实现了抗氧化烧蚀外层与高韧性隔热基体的一体化连接。采用机械连接方式将防热层与隔热层有效结合，并统一进行了涂层处理。外层为完全致密的含碳陶瓷复合材料，内层为含纤维的多孔低密度隔热层，表面涂层抗氧化并含有TaSi₂、MoSi₂、B₂O₃等。这种新型复合材料可承受1700℃高温。T Pichon和MarlanaN.Behnke等研制了盖板式防隔热结构，这也是一种防热、隔热一体化组合结构，其结构单元为承受机械载荷的盖板材料和隔热材料，按照特定的方式连接。按照盖板材料可以分为金属盖板热防护系统和非金属复合材料盖板热防护系统。金属热防护系统高温区采用高温合金(钴基合金、镍基合金等)，低温区为钛合金，薄壁匣的外壁主要为多壁型和蜂窝夹心结构。非金属复合材料盖板热防护结构主要由陶瓷基复合材料作为盖板材料，内部采用复合材料和机械支撑结构组成。目前，盖板外壳材料有SiC_f/SiC、C_f/SiC、C_f/C材料或在此基础之上改进的复合材料。

以上几个实例在防热层与隔热层连接方式均选用机械连接，工艺较为复杂。同时，目前的热防护系统中隔热层普遍具有抗冲击能力差的问题。

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，提供了一种防隔热集成一体化材料及其制备方法，该防隔热集成一体化材料包括隔热层、防热层和增强层，隔热层选用耐高温纳米隔热材料，防热层选用Al₂O₃复合材料，增强层选用氧化铝复合材料，通过隔热层的梯度层设计、及材料整体的梯度层设计对材料防隔热性能和力学性能进行协调；并采用防隔热集成一体化处理，将具有优良抗氧化、抗烧蚀性能的防热层与具有良好隔热性能的隔热层有效组合。本发明与传统的防热－隔热分开、采用机械连接形成一体化的设计方法不同，防隔热集成一体化材料创新性地使用了防热－隔热一体的设计方法，克服了单纯隔热材料表面力学强度低的缺点，提高了表面的抗冲击能力，保障了热防护系统的安全性，实现了功能、防热、隔热一体化的设计思想，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种防隔热集成一体化材料，该防隔热集成一体化材料包括隔热层、增强层和防热层，所述隔热层包括位于冷面层的硅基纳米隔热材料和位于热面层的梯度铝硅基纳米隔热材料，两层隔热材料以块体的形式形成十字拼接；所述增强层包括第一增强层和第二增强层，所述第一增强层为1～3层六面包覆硅基纳米隔热材料块体和铝硅基纳米隔热材料块体的氧化铝复合材料，所述第二增强层为3～20层氧化铝复合材料，与隔热层的热面层粘接；所述防热层为1～3层整体包覆隔热层和增强层的氧化铝复合材料。

第二方面，一种防隔热集成一体化材料的制备方法，包括如下步骤：