CN101659557B - 石英纤维复合隔热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石英纤维复合隔热材料及其制备方法，属于特种材料技术领域，用于航天、航空、导弹等飞行器中的隔热防护，其配料重量组成为：熔融石英玻璃纤维50～95％、氧化铝纤维5～50％、氮化硼0～5％和助剂0～3％，其中助剂为硅溶胶与甲基纤维素按照重量比1∶(0.5～1.5)的混合物，具有耐高温、高强度、低密度、低导热和隔热效果好的特点，本发明制备方法科学合理、简单易行。

Description

石英纤维复合隔热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石英纤维复合隔热材料及其制备方法，属于特种材料技术领域，用于航天、航空、导弹等飞行器中的隔热防护。
背景技术
飞行器用隔热材料，需要具有密度低、导热系数低、耐高温、强度高、以及高隔热效率的特点，现有的隔热材料虽然单一的性能指标已经达到了较高的水平，但是综合耐温、强度、密度、导热系数、隔热等综合指标还难以满足航空、航天领域的苛刻的要求。存在的主要问题是：密度较低的隔热材料，抗压、抗拉强度低(≤0.5MPa)，或者直接就是柔性材料，不具有抗压强度，尤其对超音速飞行器来说，必须具有一定的强度以便于抗冲刷。强度高的材料存在着密度大、隔热效率低(导热系数≥0.1w/m·k)的特点，对视重量为生命的航空、航天飞行器来说，飞行器每减掉一克重量都是极大的进步，所以说隔热材料必须具有低密度，同时也要有高强度。因此，研制耐高温、高强度、低密度、低导热、隔热效果好的材料以满足包括导弹以及宇宙飞船在内的航空、航天等领域的隔热防护需求十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石英纤维复合隔热材料，具有耐高温、高强度、低密度、低导热和隔热效果好的特点；本发明同时提供了科学合理、简单易行的制备方法。
本发明所述的石英纤维复合隔热材料，其配料重量组成为：熔融石英玻璃纤维50～95％、氧化铝纤维5～50％、氮化硼0～5％和助剂0～3％。
其中：
助剂选用硅溶胶与甲基纤维素按照重量比1∶(0.5～1.5)的混合物。
熔融石英玻璃纤维直径为1～10μm，SiO2重量含量≥95％适宜。
氧化铝纤维直径为3～20μm，Al2O3重量含量≥80％适宜。
所用原料熔融石英玻璃纤维、氧化铝纤维和氮化硼有市售产品，可直接购买，其中氮化硼可直接购买粉体原料使用。
科学合理，简单易行的制备方法如下：
首先将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维利用剪切机短切至1-3cm，然后将短切后的熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维球磨粉碎至500μm以下，再加入氮化硼和助剂搅拌分散，经过抽滤成型后高温烧成制备。
成型时，根据部件形状或器件形状成型，也可以再进行后续机械加工，可制作成包括航天飞机隔热瓦在内的各种隔热异型件，烧成温度控制为1100～1400℃适宜。
本发明所述的石英纤维复合隔热材料，产品经检测，隔热等性能良好，耐温高，最高达1700℃，可在600-1200℃长期使用，密度低，可在0.20～0.40g/cm3之间调整，导热系数低，最低达0.046w/m·k，强度高，抗压强度≥2MPa，抗拉强度≥0.5Mpa，因此，具有耐高温、高强度、低密度、低导热和隔热效果好的综合特点，能够满足高温隔热要求，可应用包括宇航飞船和洲际导弹在内的航空、航天、军工、半导体领域的高温隔热。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明所述的石英纤维复合隔热材料，配料重量组成为：
熔融石英玻璃纤维80％、氧化铝纤维15％、氮化硼3％和助剂2％；
其中熔融石英玻璃纤维直径为1～10μm，SiO2重量含量≥95％；
氧化铝纤维直径为3～20μm，Al2O3重量含量≥80％；
首先将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维利用剪切机短切至1-3cm；
助剂为硅溶胶与甲基纤维素按照重量比1∶1的混合物。
将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维分别或混合球磨粉碎，300目筛过滤，加入助剂、氮化硼和去离子水介质进行搅拌分散，倒入抽滤成型模具进行成型。成型坯体烘干后，经1200℃烧成，制得产品。将材料制备成试样，按照国标测得性能指标为：耐温1200℃，2小时无变形收缩，密度0.29g/cm3，，导热系数0.049w/m·k，抗压强度2.8MPa，厚度方向抗拉强度0.79MPa。
实施例2
本发明所述的石英纤维复合隔热材料，配料重量组成为：
熔融石英玻璃纤维75％、氧化铝纤维20％、氮化硼2％和助剂3％；
其中熔融石英玻璃纤维直径为1～10μm，SiO2重量含量≥95％；
氧化铝纤维直径为3～20μm，Al2O3重量含量≥80％；
首先将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维利用剪切机短切至1-3cm；
助剂为硅溶胶与甲基纤维素按照重量比1∶0.8的混合物。
将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维分别或混合球磨粉碎，300目筛过滤，加入助剂、氮化硼和去离子水介质进行搅拌分散，倒入抽滤成型模具进行成型。成型坯体烘干后，经1250℃烧成，制得产品。将材料制备成试样，按照国标测得性能指标为：耐温1250℃，2小时无变形收缩，密度0.30g/cm3，，导热系数0.05w/m·k，抗压强度3.6MPa，厚度方向抗拉强度0.88MPa。
实施例3
本发明所述的石英纤维复合隔热材料，配料重量组成为：
熔融石英玻璃纤维70％、氧化铝纤维28％和氮化硼2％；
其中熔融石英玻璃纤维直径为1～10μm，SiO2重量含量≥95％；
氧化铝纤维直径为3～20μm，Al2O3重量含量≥80％；
首先将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维利用剪切机短切至1-3cm。
将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维混合球磨粉碎，300目筛过滤，加入氮化硼和去离子水介质进行搅拌分散，倒入抽滤成型模具进行成型。成型坯体烘干后，经1300℃烧成，制得产品。将材料制备成试样，按照国标测得性能指标为：耐温1230℃，2小时无变形收缩，密度0.29g/cm3，，导热系数0.048w/m·k，抗压强度2.9MPa，厚度方向抗拉强度0.79MPa。
实施例4
本发明所述的石英纤维复合隔热材料，配料重量组成为：
熔融石英玻璃纤维85％、氧化铝纤维12％和助剂3％；
其中熔融石英玻璃纤维直径为1～10μm，SiO2重量含量≥95％；
氧化铝纤维直径为3～20μm，Al2O3重量含量≥80％；
首先将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维利用剪切机短切至1-3cm；
助剂为硅溶胶与甲基纤维素按照重量比1∶1.1的混合物。
将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维分别或混合球磨粉碎，300目筛过滤，加入助剂和去离子水介质进行搅拌分散，倒入抽滤成型模具进行成型。成型坯体烘干后，经1150℃烧成，制得产品。将材料制备成试样，按照国标测得性能指标为：耐温1200℃，2小时无变形收缩，密度0.30g/cm3，，导热系数0.045w/m·k，抗压强度2.6MPa，厚度方向抗拉强度0.79MPa。
实施例5
本发明所述的石英纤维复合隔热材料，配料重量组成为：
熔融石英玻璃纤维85％、氧化铝纤维10％、氮化硼3％、助剂2％以及另外的去离子水介质；
其中熔融石英玻璃纤维直径为1～10μm，SiO2重量含量≥95％；
氧化铝纤维直径为3～20μm，Al2O3重量含量≥80％；
首先将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维利用剪切机短切至1-3cm；
助剂为硅溶胶与甲基纤维素按照重量比1∶1的混合物。
其它同实施例1，制备的材料制备试样按照国标测得性能指标为：耐温1200℃，2小时无变形收缩，密度0.27g/cm3，导热系数0.046w/m·k，抗压强度2.3MPa，厚度方向抗拉强度0.72MPa。
实施例6
本发明所述的石英纤维复合隔热材料，配料重量组成为：
石英纤维91.5％、氧化铝纤维5％、氮化硼0.5％、助剂3％以及另外的去离子水介质；
其中熔融石英玻璃纤维直径为1～10μm，SiO2重量含量≥95％；
氧化铝纤维直径为3～20μm，Al2O3重量含量≥80％；
首先将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维利用剪切机短切至1-3cm；
助剂为硅溶胶与甲基纤维素按照重量比1∶0.9的混合物。
其它同实施例1，制备的材料制备试样按照国标测得性能指标为：耐温1200℃，2小时无变形收缩，密度0.22g/cm3，导热系数0.046w/m·k，抗压强度2.0MPa，厚度方向抗拉强度0.59MPa。
实施例7
本发明所述的石英纤维复合隔热材料，配料重量组成为：
石英纤维50％、氧化铝纤维45％、氮化硼2％、助剂3％以及另外的去离子水介质；
其中熔融石英玻璃纤维直径为1～10μm，SiO2重量含量≥95％；
氧化铝纤维直径为3～20μm，Al2O3重量含量≥80％；
首先将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维利用剪切机短切至1-3cm；
助剂为硅溶胶与甲基纤维素按照重量比1∶1.2的混合物。
其它同实施例1，制备的材料制备试样按照国标测得性能指标为：耐温1200℃，2小时无变形收缩，密度0.40g/cm3，导热系数0.051w/m·k，抗压强度3.4MPa，厚度方向抗拉强度0.98MPa。

Claims (1)

1.一种石英纤维复合隔热材料，其特征在于其配料重量组成为：熔融石英玻璃纤维50～95％、氧化铝纤维5～50％、氮化硼0.5～5％和助剂0～3％，上述配料总的重量组成为100%；
其中：
熔融石英玻璃纤维直径为1～10μm，SiO2重量含量≥95%；
氧化铝纤维直径为3～20μm，Al2O3重量含量≥80%；
助剂为硅溶胶与甲基纤维素按照重量比1:（0.5～1.5）的混合物；
制备方法：
将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维球磨粉碎，再加入氮化硼和助剂搅拌分散，经过抽滤成型后高温烧成制备，烧成温度为1100～1400℃。
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