[发明专利]一种轻质承载多功能SiC气凝胶复合材料及其制备方法

说明书

本申请公开了一种轻质承载多功能SiC气凝胶复合材料及其制备方法，所述轻质承载多功能SiC气凝胶复合材料包括碳泡沫骨架、设置于碳泡沫骨架表面的强化涂层和设置于碳泡沫骨架孔隙内的气凝胶，所述碳泡沫骨架为三维开孔结构，所述气凝胶为碳化硅气凝胶，并呈三维网状结构，所述碳泡沫骨架和气凝胶之间呈双网络耦合嵌套结构。本发明所述的轻质承载多功能SiC气凝胶复合材料密度小、强度高，双网络耦合嵌套结构的孔隙结构抑制空气对流传导，隔热性能优异，还可以调控材料整体的介电性能，可实现电磁波入射吸收，从而实现吸波，达到隐身效果。

技术领域

本申请复合材料技术领域，特别是涉及一种轻质承载多功能SiC气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术

当高超声速飞行器以6～10个马赫数高速飞行时，其机翼前缘的温度范围将达到700℃甚至1000℃以上。如此极端恶劣的高温热环境，使得高超声速飞行器材料和结构的热强度问题成为事关研制成败的重要关键问题之一。另外，随着无线探测技术和超高速精确制导武器的发展，高超声速飞行器迫切要求具有优异的电磁波隐身特性，且在航空航天和新一代武器装备领域，还要求吸波材料具有轻量化、耐高温、多频段、可调节等多重功能。

气凝胶是孔隙率为约90％至99.9％并且孔径在1nm至100nm的范围内的超多孔、高比表面积(≥500m²/g)的材料，并且是具有优异的超轻质、超绝热、超低介电等性能的材料，分类众多，但性能单一，如二氧化硅气凝胶不耐高温，不耐烧蚀，不能在高温环境下使用，主要实现电磁波的透过，基本没有吸波性能；碳化硅纳米线气凝胶，强度低，网络结构易塌陷，纳米线之间易缠结团聚，性能不稳定，制备工艺复杂，对设备投入要求较高；碳气凝胶高温有氧环境不能使用，结构强度低，易与氧气反应，主要是电磁波的屏蔽反射，也没有吸波性能，无法满足航空航天领域中关于耐烧蚀、隔防热和吸波隐身的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻质承载多功能SiC气凝胶复合材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请公开了一种轻质承载多功能SiC气凝胶复合材料，包括碳泡沫骨架、设置于碳泡沫骨架表面的强化涂层和设置于碳泡沫骨架孔隙内的气凝胶，所述碳泡沫骨架为三维开孔结构，所述气凝胶为碳化硅气凝胶，并呈三维网状结构，所述碳泡沫骨架和气凝胶之间呈双网络耦合嵌套结构。

进一步地，在上述的轻质承载多功能SiC气凝胶复合材料中，所述强化涂层为碳化硅涂层，并呈非连续间断分布，厚度为1.2～1.5μm。

进一步地，在上述的轻质承载多功能SiC气凝胶复合材料中，所述碳泡沫骨架的孔隙率为95.0～99.0％，孔径尺寸为25.0～40.0μm。

本申请还公开了一种制备上述轻质承载多功能SiC气凝胶复合材料的方法中，包括以下步骤：

1)、碳泡沫骨架制备：将轻质多孔三聚氰胺泡沫置于真空热解炉，在氮气保护下梯度升温的方式热解制备碳泡沫骨架；

2)、碳泡沫骨架强化：碳泡沫骨架的孔隙内壁通过化学气相沉积工艺制备碳化硅涂层，得碳/碳化硅泡沫；

3)、凝胶：通过冷冻干燥工艺在碳/碳化硅泡沫的空隙内制备二氧化硅气凝胶；

4)、气凝胶制备：通过碳热还原工艺将二氧化硅气凝胶热解为碳化硅气凝胶，得到碳化硅气凝胶复合材料。

进一步地，在上述的轻质承载多功能SiC气凝胶复合材料的制备方法中，步骤3)包括以下步骤：

31)、溶胶配置：利用水玻璃为前驱体制备硅溶胶；

32)、浸渍：将碳/碳化硅泡沫浸渍于硅溶胶；

33)、老化：利用乙醇反复淋洗浸渍有硅溶胶的碳/碳化硅泡沫2～3次，并在50～60℃水浴环境中老化2～5天；