CN105570614A - 一种内部添加红外反射层的高温真空绝热复合材料 - Google Patents

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    • F16L59/029—Shape or form of insulating materials, with or without coverings integral with the insulating materials layered

Abstract

本发明公开了一种内部添加红外反射层的高温真空绝热复合材料，其特征在于由保温芯材、红外反射层和陶瓷基复合材料外壳构成，多层保温芯材叠层放置，相邻两层保温芯材之间放置一层红外反射层，其面积与芯材面积相等。外壳内的气体的压强小于100Pa。保温材料芯材为氮化硼纤维毡、氧化锆纤维毡、多晶莫来石纤维毡、氧化铝纤维毡、碳纤维毡、二氧化硅气凝胶毡中的一种或多种组成的保温毡。红外反射层为金属锆层、金属钛层、金属银层、不锈钢层中的一种或多种。陶瓷基复合材料外壳厚度为3～20mm。该材料能够在1500℃以上环境下使用，具有极低的热导系数，能够显著降低保温层的厚度。

Description

一种内部添加红外反射层的高温真空绝热复合材料
技术领域
本发明涉及一种绝热复合材料，特别是涉及一种内部添加红外反射层的高温真空绝热复合材料。
背景技术
新型高速航天飞行器具有反应时间短、全球快速到达等特点，是世界各航空航天大国竞相开展的空间技术研究焦点之一。某些新型高速航天飞行器的飞行速度可达10马赫，飞行时间可达几十分钟，飞行器机身表面的气动加热异常严重，并且其超高温部位温度可达1600℃以上，这种严酷的热环境加上紧凑的机体结构带来的空间限制，对热防护系统提出了异乎寻常的挑战。热防护系统中采用的隔热材料必须同时具备耐超高温、超低热导率和足够强度等性能特点，才能有效阻隔机身表面或超高温部位的热量往机身内部传播，同时才能承受超高温、急剧热冲击、强烈振动等严酷的热力环境。而碳基复合材料和陶瓷基复合材料具有强度高，能够耐高温等特点，然而这些材料都具有较高的导热系数，如若用做绝热材料势必增加材料的厚度和重量。若将碳基复合材料或者陶瓷基复合材料制成真空绝热材料，即将陶瓷基复合材料做为外壳，内部填充绝热芯材且达到真空状态，则使得材料既能在高温下使用，同时也具有极低的热导系数。这将具有巨大的应用前景，特别是在国防工业、航空航天等方面。这将具有巨大的应用前景，特别是在国防工业、航空航天等方面。
文献“申请号为200520112605.6的中国专利”公开了一种真空绝热板。该材料包括阻隔膜层和保温板，所述的阻隔膜层的外表面有一层尼龙保护层，其内表面有一层聚乙烯热封层。文献“申请号为201010235788.6的中国专利”公开了另一种真空绝热板。在板状保温材料的中间设置贯穿保温板的空洞，在空洞的内壁覆有反射膜，并在空洞中放入吸气剂，用高阻隔膜包裹后抽真空，形成空洞式真空绝热板。以上两种真空绝热板采用真空绝热原理制成，通过最大限度提高内部真空度来隔绝热传导，具有极低的热导系数，但是该材料只能用于低温环境下，在高温情况下无法使用。文献“复合材料，尹洪峰，魏剑.冶金工业出版社”介绍了由化学液相浸渗法制备的2DC/SiC复合材料在平行碳纤维方向与垂直碳纤维方向的导热系数分别为14～20.6W/m·K和5.9～7W/m·K。文献“单向C/C复合材料导热系数的计算，陈洁，熊翔，肖鹏.炭素技术，2008，27(2)：1-4”介绍了单向C/C复合材料在平行碳纤维方向与垂直碳纤维方向的导热系数分别为40.65～51.12W/m·K和3.83～5.96W/m·K。由以上数据可知，对于一种实心的复合材料，并不能满足极低的导热系数的要求，发明一种具有极低导热系数且能耐超高温的材料则显得极为迫切。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有真空绝热材料使用温度低的限制，提供了一种内部添加红外反射层的高温真空绝热复合材料。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种内部添加红外反射层的高温真空绝热复合材料，其特征在于由保温芯材、红外反射层和陶瓷基复合材料外壳构成，多层保温芯材叠层放置，相邻两层保温芯材之间放置一层红外反射层，其面积与芯材面积相等。所述的陶瓷基复合材料外壳内的气体的压强小于100Pa。所述的保温材料芯材为氮化硼纤维毡、氧化锆纤维毡、多晶莫来石纤维毡、氧化铝纤维毡、碳纤维毡、二氧化硅气凝胶毡中的一种或多种组成的保温毡。所述的红外反射层为金属锆层、金属钛层、金属银层、不锈钢层中的一种或多种，厚度为100～500μm。所述的陶瓷基复合材料为碳纤维增强的碳基复合材料，或为碳纤维增强的碳化硅陶瓷基复合材料，或为碳纤维增强的碳基体与难熔金属碳化物基体共同组成的复合材料。所述的陶瓷基复合材料外壳厚度为3～20mm。
本发明优点在于：1.能够在1600℃以上环境下使用；2.具有极低的热导系数；3.能够显著降低保温层的厚度，节省材料，减少重量。
附图说明
图1为一种能在高温条件下使用的真空绝热材料截面图。
图示中10为陶瓷基复合材料外壳，20为保温芯材，30为红外反射层。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例一
参照图1，一种内部添加红外反射层的高温真空绝热复合材料，其特征在于由陶瓷基复合材料外壳[10]、保温芯材[20]和红外反射层[30]构成，多层保温芯材叠层放置，相邻两层保温芯材之间放置一层红外反射层，其面积与芯材面积相等。所述的陶瓷基复合材料外壳内的气体的压强为10Pa。所述的保温材料芯材为氧化铝纤维毡。所述红外反射层为金属锆层，厚度为200μm。所述的陶瓷基复合材料为碳纤维增强的碳化硅陶瓷基复合材料。所述的陶瓷基复合材料外壳厚度为5mm。
实施例二
参照图1，一种内部添加红外反射层的高温真空绝热复合材料，其特征在于由陶瓷基复合材料外壳[10]、保温芯材[20]和红外反射层[30]构成，多层保温芯材叠层放置，相邻两层保温芯材之间放置一层红外反射层，其面积与芯材面积相等。所述的陶瓷基复合材料外壳内的气体的压强为1Pa。所述的保温材料芯材分为两层，上层为碳纤维毡，下层为二氧化硅气凝胶毡。两层之间放置的红外反射层为金属银层，厚度为100μm。所述的陶瓷基复合材料为碳纤维增强的碳化硅陶瓷基复合材料。所述的陶瓷基复合材料外壳厚度为4mm。
上述仅为本发明的单个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种内部添加红外反射层的高温真空绝热复合材料，其特征在于由保温芯材、红外反射层和陶瓷基复合材料外壳构成，多层保温芯材叠层放置，相邻两层保温芯材之间放置一层红外反射层，其面积与芯材面积相等。
2.根据权利要求1所述的真空绝热材料，其特征在于所述的陶瓷基复合材料外壳内的气体的压强小于100Pa。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的保温材料芯材为氮化硼纤维毡、氧化锆纤维毡、多晶莫来石纤维毡、氧化铝纤维毡、碳纤维毡、二氧化硅气凝胶毡中的一种或多种组成的保温毡。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的红外反射层为金属锆层、金属钛层、金属银层、不锈钢层中的一种或多种，厚度为100～500μm。
5.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料，其特征在于所述的陶瓷基复合材料为碳纤维增强的碳基复合材料，或为碳纤维增强的碳化硅陶瓷基复合材料，或为碳纤维增强的碳基体与难熔金属碳化物基体共同组成的复合材料。
6.根据权利要求1所述的真空绝热材料，其特征在于所述的陶瓷基复合材料外壳厚度为3～20mm。
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