CN108774072B - 一种刚性隔热瓦及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种刚性隔热瓦及其制备方法。所述方法包括(1)配制包含烧结助剂溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液；(2)用步骤(1)配制的烧结助剂前驱体溶液浸渍纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；和(3)将步骤(2)得到的刚性隔热瓦坯体依次经过胶凝、干燥和烧结的步骤，制得刚性隔热瓦。本发明制得的刚性隔热瓦的密度优选为0.1～0.8g/cm3，室温热导率优选为0.05～0.12W/(m·K)，厚度方向拉伸强度优选为0.1～6.0MPa。本发明方法可以提高烧结助剂在纤维坯体中的分布均匀性；本发明制得的刚性隔热瓦的均匀性得以提高、综合性能更优异。

Description

一种刚性隔热瓦及其制备方法
技术领域
本发明属于功能复合材料技术领域，尤其涉及一种刚性隔热瓦及其制备方法。
背景技术
刚性隔热瓦，例如刚性陶瓷隔热瓦是由耐高温陶瓷纤维(如石英、氧化铝、硅酸铝纤维等)与烧结助剂在高温下烧结而成的刚性多孔材料，该刚性多孔材料从20世纪80年代开始，在美国航天飞机上得到了广泛应用，并在美国X系列飞行器上发挥了重要的作用。
目前，刚性陶瓷隔热瓦大致经历了三代的发展(参见：J.Cleland,F.Iannetti.Thermal Protection System of the Space Shuttle.NASA ContractorReport,1989,4227.)：(1)第一代刚性隔热瓦为全石英纤维刚性隔热瓦(LI系列隔热瓦和AIM隔热瓦)，其中AIM隔热瓦使用纯度为99.7％的无定形石英纤维为原料并往其中添加了硅溶胶高温烧结而成，由于石英纤维在超过1200℃下烧结会发生晶化现象，体系的烧结温度不能实现石英纤维和硅溶胶的充分烧结，硅溶胶主要充当了粘结剂的作用。(2)第二代刚性隔热瓦为耐火纤维复合材料隔热瓦(FRCI隔热瓦)。FRCI隔热瓦由78％的石英纤维和22％的硼硅酸铝纤维组成，高温下硼硅酸铝纤维中的硼元素氧化形成氧化硼，进而同石英纤维发生反应，在纤维搭接点及纤维表面形成硼硅酸铝类物质，从而实现隔热瓦体系的烧结及力学性能的提升。(3)第三代刚性隔热瓦以高温特性材料(HTP隔热瓦)和氧化铝增强热屏蔽隔热瓦(AETB隔热瓦)为代表。HTP隔热瓦由78％的石英纤维、22％的氧化铝纤维以及3％的氮化硼组成。AETB隔热瓦由石英纤维、氧化铝纤维以及硼硅酸铝纤维组成，AETB隔热瓦经过高温处理后其中的硼硅酸铝纤维中的硼元素氧化形成氧化硼，进而同石英纤维和氧化铝纤维发生反应，在纤维搭接点及纤维表面形成硼硅酸铝类物质，从而实现隔热瓦体系的烧结及力学性能的提升。
综上，目前的刚性隔热瓦除了第一代刚性隔热瓦之外，其后的刚性隔热瓦都采用硼类物质作为烧结助剂：一种是添加硼硅酸铝纤维从而提供烧结必须的硼元素，另一种是在体系中添加非金属硼化物粉末作为烧结助剂。而硼硅酸铝纤维生产难度较大、生产成本高、国内还没有相应的产品；此外，硼硅酸铝纤维的直径较大，硼硅酸铝纤维的加入也会导致刚性隔热瓦的热导率增加。因此目前制备的刚性隔热瓦主要还是以氮化硼或碳化硼为烧结助剂，采用粉末添加的方式复合至纤维坯体中(参见：王衍飞.气凝胶复合陶瓷纤维刚性隔热瓦的制备及性能研究.国防科学技术大学学位论文,2008)。但是，此种复合方法会造成烧结助剂在刚性隔热瓦中的分布不均匀，经高温烧结后，刚性隔热瓦会因为烧结助剂分布不均而引起不同部位力学性能的差异、降低刚性隔热瓦的力学性能、劣化材料的综合性能，对最终制得的刚性隔热瓦产品的性能具有非常不利的影响。
刚性隔热瓦作为最主要的热防护材料之一，目前的研究工作还均专注在以刚性隔热瓦为基体制备热防护复合材料的研究上，而目前刚性隔热瓦的制备方法很难得到综合性能更优异的均匀性刚性隔热瓦。
发明内容
为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种综合性能优异的刚性隔热瓦及其制备方法。本发明制备过程简单、制备成本低、可以提高烧结助剂在纤维坯体中的分布均匀性；本发明制得的刚性隔热瓦的均匀性得以提高、综合性能更优异。
为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种刚性隔热瓦的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)配制包含烧结助剂溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液；
(2)用步骤(1)配制的烧结助剂前驱体溶液浸渍纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；和
(3)将步骤(2)得到的刚性隔热瓦坯体依次经过胶凝、干燥和烧结的步骤，制得刚性隔热瓦。
优选地，所述烧结助剂溶胶的浓度为0.01wt％～50wt％；和/或所述烧结助剂溶胶选自由硼化物溶胶、硅化物溶胶、硼硅化物溶胶、铝化物溶胶和锆化物溶胶组成的组。
优选地，所述烧结助剂溶胶与所述催化剂的质量比为100：(0.01～20)；和/或所述催化剂选自由盐酸、氟化铵溶液、氨水和六次甲基四铵溶液组成的组。
优选地，所述干燥的温度为75℃～85℃，所述干燥的时间为36～60h；和/或所述烧结的温度为900℃～1600℃，所述烧结的时间为2～4h。
优选地，所述方法还包括在步骤(2)之前进行纤维坯体的制备步骤，该制备步骤包括如下子步骤：
(a)用水将陶瓷纤维混合均匀，得到浆料；
(b)将步骤(a)得到的浆料过滤后经湿法成型，得到纤维湿坯；和
(c)将步骤(b)得到的纤维湿坯于60℃～300℃下烘干，制得纤维坯体。
优选地，所述陶瓷纤维选自由石英纤维、氧化铝纤维、硅酸铝纤维和氧化锆纤维组成的组；和/或所述陶瓷纤维的用量为所述水的用量的0.1wt％～1wt％。
优选地，所述刚性隔热瓦中陶瓷纤维的质量百分含量为85％～99.5％。
优选地，在步骤(1)中，以水和/或有机溶剂为溶剂配制所述烧结助剂前驱体溶液。
特别地，所述有机溶剂选自由甲醇、乙醇、丙酮和乙腈组成的组；优选的是，所述有机溶剂为乙醇。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的刚性隔热瓦；优选的是，所述刚性隔热瓦的密度为0.1～0.8g/cm3，室温热导率为0.05～0.12W/(m·K)，厚度方向拉伸强度为0.1～6.0MPa。
本发明与现有技术相比至少具有如下的有益效果：
(1)本发明采用溶胶-凝胶的方法将作为烧结助剂的溶胶(烧结助剂溶胶)复合至纤维坯体中，提高了烧结助剂在纤维坯体中的分布均匀性。本发明人发现，在干燥过程中，烧结助剂并没有发生迁移，从而避免了采用粉末添加的方式或简单溶液浸渍的方式将烧结助剂复合至纤维坯体中带来的烧结助剂分布不均匀的问题；此外，本发明采用溶胶-凝胶方法复合，还能够准确计算烧结助剂在纤维坯体中的含量，有利于精确控制刚性隔热瓦的性能。
(2)本发明方法扩宽了用于制备刚性隔热瓦的烧结助剂的种类，使得用于制备刚性隔热瓦的烧结助剂不局限于硼类物质。
(3)本发明制备过程简单、制备成本低，适用于制备多种均匀性复合材料，具有普适性。
(4)本发明制得的刚性隔热瓦中烧结助剂能够在纤维坯体中均匀分布，所制得的刚性隔热瓦的均匀性(例如密度的均匀性)有较大程度提高，综合力热性能更优。
(5)本发明所制得的刚性隔热瓦在高马赫数航天飞行器、极端环境的高效防隔热领域具有重要的应用价值。
附图说明
图1是本发明的制备流程图。
图2是本发明实施例1中制得的刚性隔热瓦的实物图和微观结构图(扫描电子显微镜图)。图中(a)表示刚性隔热瓦的实物图；图中(b)表示刚性隔热瓦的微观结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明在第一方面提供了一种刚性隔热瓦的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)配制包含烧结助剂溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液；
(2)用步骤(1)配制的烧结助剂前驱体溶液浸渍(例如负压浸渍)纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；和
(3)将步骤(2)得到的刚性隔热瓦坯体依次经过胶凝、干燥和烧结的步骤，制得刚性隔热瓦。
本发明针对现有刚性隔热瓦的制备方法中存在的烧结助剂分布不均匀带来的纤维坯体烧结性能不稳定的问题，通过溶胶-凝胶的方式将烧结助剂溶胶与纤维坯体复合，待烧结助剂溶胶胶凝后，进行干燥，随后进行烧结，即可得到均匀性的刚性隔热瓦。本发明人发现，将烧结助剂溶胶在溶液状态下与纤维坯体复合，且使其在凝胶状态下干燥，烧结助剂在干燥过程中并没有随溶剂挥发而发生迁移，有效保证了烧结助剂在纤维坯体中的均匀性，从而避免了采用粉末添加的方式或简单溶液浸渍的方式将烧结助剂复合至纤维坯体中带来的烧结助剂分布不均匀的问题，最终实现了均匀性刚性隔热瓦的制备。
特别说明的是，在本发明中，所述烧结助剂溶胶即作为烧结助剂的溶胶；在本发明中，所述刚性隔热瓦的均匀性一方面指的是所述烧结助剂在所述刚性隔热瓦中分散的均匀性，另一方面指的是所述刚性隔热瓦密度的均匀性，特别指的是所述刚性隔热瓦厚度方向的密度的均匀性；在本发明中，所述刚性隔热瓦在厚度方向的密度的偏差很小(例如在5％以内)；在本发明中，所述胶凝的步骤也即胶凝与老化的步骤。
特别说明的是，本发明对所述烧结助剂前驱体溶液与所述纤维坯体的用量没有特别的限制，只要使得所述烧结助剂前驱体溶液没过所述纤维坯体就行，这样能保证烧结助剂前驱体溶液能够完全浸没纤维坯体的孔隙，充分浸渍所述纤维坯体。
根据一些优选的实施方式，所述烧结助剂溶胶的浓度为0.01wt％～50wt％(例如0.01wt％、0.05wt％、0.1wt％、0.5wt％、1.0wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3.0wt％、3.5wt％、4.0wt％、4.5wt％、5.0wt％、5.5wt％、6.0wt％、6.5wt％、7.0wt％、7.5wt％、8.0wt％、8.5wt％、9.0wt％、9.5wt％、10wt％、12wt％、15wt％、18wt％、20wt％、22wt％、25wt％、28wt％、30wt％、32wt％、35wt％、38wt％、40wt％、42wt％、45wt％、48wt％或50wt％)；和/或所述烧结助剂溶胶选自由硼化物溶胶、硅化物溶胶、硼硅化物溶胶、铝化物溶胶和锆化物溶胶组成的组。在本发明中，所述硼化物溶胶、所述硅化物溶胶、所述硼硅化物溶胶、所述铝化物溶胶和所述锆化物溶胶分别指的是以硼化物、硅化物、硼硅化物、铝化物和锆化物为分散质的溶胶。特别地，所述硼化物溶胶例如可以为硼酸溶胶；所述硅化物溶胶例如可以为硅溶胶(二氧化硅溶胶)；所述铝化物溶胶例如为氧化铝溶胶；所述锆化物溶胶例如为碳化锆溶胶或氧化锆溶胶。
本发明方法扩宽了用于制备刚性隔热瓦的烧结助剂的种类，使得用于制备刚性隔热瓦的烧结助剂不局限于硼类物质，使得本发明所述的硼化物溶胶、硅化物溶胶、硼硅化物溶胶、铝化物溶胶和锆化物溶胶均可以作为制备刚性隔热瓦的烧结助剂。
根据一些优选的实施方式，所述烧结助剂溶胶与所述催化剂的质量比为100：(0.01～20)(例如100:0.01、100:0.05、100:1、100:1.2、100:1.5、100:2、100:5、100:8、100:10、100:12、100:15、100:18或100:20)；和/或所述催化剂选自由盐酸、氟化铵溶液、氨水和六次甲基四铵溶液组成的组；特别说明的是，当所述催化剂中既包含酸性催化剂又包含碱性催化剂时，在配制包含烧结助剂溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液的过程中，可以先往体系中加入酸性催化剂，待酸性催化剂添加完毕后，再添加碱性催化剂；或者可以先往体系中加入碱性催化剂，待碱性催化剂添加完毕后，再添加酸性催化剂。
根据一些优选的实施方式，所述催化剂的浓度为0.05～3mol/L。
根据一些优选的实施方式，所述干燥的温度为75℃～85℃(例如75℃、80℃或85℃)，所述干燥的时间为36～60h(例如36、48或60h)；和/或所述烧结的温度为900℃～1600℃(例如900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃、1550℃或1600℃)，所述烧结的时间为2～4h(例如2、2.5、3、3.5或4h)。
根据一些优选的实施方式，所述方法还包括在步骤(2)之前进行纤维坯体的制备步骤，该制备步骤包括如下子步骤：
(a)用水将陶瓷纤维混合均匀，得到浆料；
(b)将步骤(a)得到的浆料过滤后经湿法成型，得到纤维湿坯；
(c)将步骤(b)得到的纤维湿坯于60℃～300℃(例如60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、120℃、150℃、180℃、200℃、220℃、250℃、280℃或300℃)下烘干，制得纤维坯体；特别地，所述烘干的时间例如不小于12h(例如12、13、15、18或20h)，以使得所述纤维湿坯烘干至恒重。
在本发明中，所述陶瓷纤维可以选用短纤维，例如可以为长度为500um～5mm，直径为1～10um的短纤维。
在本发明中，当所述纤维坯体中包含的纤维为陶瓷纤维时，本发明所制得的刚性隔热瓦也记作刚性陶瓷隔热瓦。
根据一些具体的实施方式，所述纤维坯体的制备过程例如可以为：首先在搅拌机作用下将湿纤维分散均匀，然后在成型工装上滤除湿纤维中的溶剂，然后经湿法成型工艺成型得到纤维湿坯(纤维湿坯用工装夹具固定)，最后烘干至恒重得到纤维坯体。
根据一些优选的实施方式，所述陶瓷纤维选自由石英纤维、氧化铝纤维、硅酸铝纤维和氧化锆纤维组成的组；和/或所述陶瓷纤维的用量为所述水的用量的0.1wt％～1wt％(例如0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％或1.0wt％)。
根据一些优选的实施方式，所述刚性隔热瓦中陶瓷纤维的质量百分含量为85％～99.5％(例如85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或99.5％)。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，以水和/或有机溶剂为溶剂配制所述烧结助剂前驱体溶液。
根据一些优选的实施方式，所述有机溶剂选自由甲醇、乙醇、丙酮和乙腈组成的组；优选的是，所述有机溶剂为乙醇。
根据一些具体的实施方式，在步骤(1)中，用水将烧结助剂溶胶(例如硅溶胶)和催化剂(例如所述催化剂包含盐酸和氟化铵溶液)配制成所述烧结助剂前驱体溶液。
根据一些具体的实施方式，在步骤(1)中，以水和有机溶剂为溶剂将烧结助剂溶胶单体(例如硼酸溶胶单体)和催化剂(例如所述催化剂包含盐酸和氨水)配制成所述烧结助剂前驱体溶液，其中，所述硼酸溶胶单体例如为硼酸正丁酯。
根据一些更为具体的实施方式，在步骤(1)中，按照硼酸正丁酯：乙醇：水：盐酸：氨水＝100：40：34.2：1.2：0.5(质量比)的比例混合并搅拌均匀，配制成包含硼酸溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液。
根据一些更为具体的实施方式，所述刚性隔热瓦的制备过程为：首先按照比例在烧结助剂溶胶中加入催化剂，配制烧结助剂前驱体溶液；然后将纤维坯体装入自制模具中，抽真空；再将烧结助剂前驱体溶液放入带孔的浸渍罐体中在压力作用(负压作用)下将烧结助剂前驱体溶液注入到装有纤维坯体的模具中，充分浸渍所述纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；再使得刚性隔热瓦坯体在所述模具中静置一段时间(例如静置36～60h)进行胶凝，待刚性隔热瓦坯体中的烧结助剂溶胶充分胶凝后拆开所述模具，取出胶凝化后的刚性隔热瓦坯体(复合有烧结助剂凝胶的纤维坯体)，然后将所述胶凝化后的刚性隔热瓦坯体放入烘箱中进行干燥；最后将干燥好的刚性隔热瓦坯体放入高温炉中进行烧结，得到均匀性刚性陶瓷隔热瓦。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的刚性隔热瓦；优选的是，所述刚性隔热瓦的密度为0.1～0.8g/cm3，室温热导率为0.05～0.12W/(m·K)，厚度方向拉伸强度为0.1～6.0MPa。
根据一些具体的实施方式，所述刚性隔热瓦的厚度不大于80mm。
本发明制得的刚性隔热瓦中烧结助剂能够在纤维坯体中均匀分布，所制得的刚性隔热瓦的均匀性有较大程度提高。因此，在本发明中，也将刚性隔热瓦记作均匀性刚性隔热瓦。
下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1
①将均匀分散的石英纤维在工装中滤除分散剂，湿法成型出石英纤维坯体并烘干，得到石英纤维坯体。
②按硼酸正丁酯：乙醇：水：盐酸：氨水＝100：40：34.2：1.2：0.5(质量比)的比例混合并搅拌均匀，配制成包含硼酸溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液，其中盐酸的浓度为1mol/L、氨水的浓度为0.5mol/L。
③将石英纤维坯体放入模具中，均匀注入②中配制好的所述烧结助剂前驱体溶液，使得所述烧结助剂前驱体溶液充分浸渍所述石英纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；然后将得到的所述刚性隔热瓦坯体静置使其胶凝与老化。
④将胶凝与老化后的刚性隔热瓦坯体在80℃的烘箱中干燥48小时。
⑤将干燥后的刚性隔热瓦坯体在高温炉中于1150℃下烧结2小时，得到均匀性刚性隔热瓦(均匀性石英纤维刚性陶瓷隔热瓦)。
本实施例制得的均匀性刚性隔热瓦的密度约为0.20g/cm3，厚度方向的密度在0.19～0.20g/cm3(厚度方向的密度范围)之间，室温热导率0.050W/m·K，厚度方向拉伸强度0.33MPa。
本发明中刚性隔热瓦的厚度方向的密度范围的测试方法为：测量本实施例得到的刚性隔热瓦的总厚度，并根据刚性隔热瓦的总厚度沿其厚度方向将刚性隔热瓦均分成5层，测试每层刚性隔热瓦的密度，即可以得到刚性隔热瓦在厚度方向的密度范围。
实施例2
①将石英纤维与氧化铝纤维按质量比1:1的比例混合并分散均匀，均匀分散后在工装中滤除分散剂，湿法成型出石英/氧化铝纤维坯体并烘干，得到石英/氧化铝纤维坯体。
②按硼酸正丁酯：乙醇：水：盐酸：氨水＝100：40：34.2：1.2：0.5(质量比)的比例混合并搅拌均匀，配制成包含硼酸溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液，其中盐酸的浓度为1mol/L、氨水的浓度为0.5mol/L。
③将石英/氧化铝纤维坯体放入模具中，均匀注入②中配制好的所述烧结助剂前驱体溶液，使得所述烧结助剂前驱体溶液充分浸渍所述石英/氧化铝纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；然后将得到的所述刚性隔热瓦坯体静置使其胶凝与老化。
④将胶凝与老化后的刚性隔热瓦坯体在80℃的烘箱中干燥48小时。
⑤将干燥后的刚性隔热瓦坯体在高温炉中于1300℃下烧结2小时，得到均匀性刚性隔热瓦(均匀性石英/氧化铝纤维刚性陶瓷隔热瓦)。
本实施例制得的均匀性刚性隔热瓦的密度约为0.30g/cm3，厚度方向的密度在0.29～0.305g/cm3之间，室温热导率0.055W/m·K，厚度方向拉伸强度0.65MPa。
实施例3
①将均匀分散的氧化铝纤维在工装中滤除分散剂，成型出氧化铝纤维坯体并烘干，得到氧化铝纤维坯体。
②按硅溶胶：水：盐酸：氟化铵溶液＝10：200：0.2：0.5(质量比)的比例混合并搅拌均匀，配制成包含硅溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液，其中盐酸的浓度为1mol/L，氟化铵溶液的浓度为3mol/L。
③将氧化铝纤维坯体放入模具中，均匀注入②中配制好的所述烧结助剂前驱体溶液，使得所述烧结助剂前驱体溶液充分浸渍所述氧化铝纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；然后将得到的所述刚性隔热瓦坯体静置使其胶凝与老化。
④将胶凝与老化后的刚性隔热瓦坯体在80℃的烘箱中干燥48小时。
⑤将干燥后的刚性隔热瓦坯体在高温炉中于1400℃下烧结2小时，得到均匀性刚性隔热瓦(均匀性氧化铝纤维刚性陶瓷隔热瓦)。
本实施例制得的均匀性刚性隔热瓦的密度约为0.45g/cm3，厚度方向的密度在0.44～0.455g/cm3之间，室温热导率0.067W/m·K，厚度方向拉伸强度0.45MPa。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：
在②中，按硅溶胶：水：盐酸：氟化铵溶液＝10：200：0.2：0.5(质量比)的比例混合并搅拌均匀，配制成包含硅溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液，其中盐酸的浓度为1mol/L，氟化铵溶液的浓度为3mol/L。
本实施例制得的均匀性刚性隔热瓦的性能指标如表1所示。
实施例5
①采用与实施例1相同的方法制得均匀性刚性隔热瓦。
②将200g甲基三甲氧基硅烷、50g二甲基二甲氧基硅烷和300mL无水乙醇搅拌混合均匀；然后滴加200mL浓度为1mol/L的硝酸催化剂，待硝酸滴加完毕后再继续搅拌5分钟，制得Si-O-C溶胶前驱体。
③将制备的刚性隔热瓦置于放入模具中，然后均匀注入Si-O-C溶胶前驱体，使得所述Si-O-C溶胶前驱体充分浸渍所述刚性隔热瓦，静置使Si-O-C溶胶胶凝与老化，得到刚性隔热瓦基湿凝胶复合材料，并将胶凝与老化后的刚性隔热瓦基湿凝胶复合材料浸没在无水乙醇中进行溶剂置换，再经过超临界二氧化碳干燥制得刚性隔热瓦基气凝胶复合材料。
本实施例制得的刚性隔热瓦基气凝胶复合材料的性能指标如表1所示。
对比例1
①用10kg水将100g石英纤维和作为烧结助剂的氧化硼粉末2g混合均匀，得到浆料。
②将步骤①中的浆料在工装中滤除分散剂，湿法成型出包含有烧结助剂的纤维坯体并烘干，得到刚性隔热瓦坯体。
③将干燥后的刚性隔热瓦坯体在高温炉中于1300℃下烧结2小时，得到刚性隔热瓦。
本对比例制得的刚性隔热瓦的性能指标如表1所示。
对比例2
①用0.5kg水、0.5kg乙醇将2g作为烧结助剂的氧化硼粉末混合均匀，得到烧结助剂悬浮液。
②用10kg水将100g石英纤维混合均匀，得到浆料，然后将所述浆料在工装中滤除分散剂，湿法成型出纤维湿坯并烘干，得到纤维坯体。
③将②中的纤维坯体放入模具中，均匀注入①中配制好的所述烧结助剂悬浮液，使得所述烧结助剂悬浮液充分浸渍(负压浸渍)所述纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；然后将得到的所述刚性隔热瓦坯体在80℃的烘箱中干燥48小时。
④将干燥后的刚性隔热瓦坯体在高温炉中于1300℃下烧结2小时，得到刚性隔热瓦。
本对比例制得的刚性隔热瓦的性能指标如表1所示。
对比例3
对比例3与对比例1基本相同，不同之处在于：
在①中，用10kg水将100g石英纤维和2g硅溶胶混合均匀，得到浆料。
在③中，将干燥后的刚性隔热瓦坯体在高温炉中于1400℃下烧结2小时，得到刚性隔热瓦。
对比例4
对比例4采用与实施例5基本相同的方法，制备刚性隔热瓦基气凝胶复合材料，不同之处在于：本对比例中的刚性隔热瓦为采用对比例1中的方法制得的刚性隔热瓦。
本对比例制得的刚性隔热瓦基气凝胶复合材料的性能指标如表1所示。
表1：实施例1～5以及对比例1～4的性能指标。
Figure BDA0001721777550000131
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种刚性隔热瓦的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)配制包含烧结助剂溶胶和催化剂的烧结助剂前驱体溶液；所述烧结助剂溶胶选自由硼化物溶胶、硅化物溶胶、硼硅化物溶胶、铝化物溶胶和锆化物溶胶组成的组；所述催化剂选自由盐酸、氟化铵溶液、氨水和六次甲基四铵溶液组成的组；
(2)用步骤(1)配制的烧结助剂前驱体溶液浸渍纤维坯体，得到刚性隔热瓦坯体；和
(3)将步骤(2)得到的刚性隔热瓦坯体依次经过胶凝、干燥和烧结的步骤，制得刚性隔热瓦。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述烧结助剂溶胶的浓度为0.01wt％～50wt％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述烧结助剂溶胶与所述催化剂的质量比为100：(0.01～20)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述干燥的温度为75℃～85℃，所述干燥的时间为36～60h；和/或
所述烧结的温度为900℃～1600℃，所述烧结的时间为2～4h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(2)之前进行纤维坯体的制备步骤，该制备步骤包括如下子步骤：
(a)用水将陶瓷纤维混合均匀，得到浆料；
(b)将步骤(a)得到的浆料过滤后经湿法成型，得到纤维湿坯；和
(c)将步骤(b)得到的纤维湿坯于60℃～300℃下烘干，制得纤维坯体。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：
所述陶瓷纤维选自由石英纤维、氧化铝纤维、硅酸铝纤维和氧化锆纤维组成的组；和/或
所述陶瓷纤维的用量为所述水的用量的0.1wt％～1wt％。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：
所述刚性隔热瓦中陶瓷纤维的质量百分含量为85％～99.5％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
在步骤(1)中，以水和/或有机溶剂为溶剂配制所述烧结助剂前驱体溶液。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：
所述有机溶剂选自由甲醇、乙醇、丙酮和乙腈组成的组。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：
所述有机溶剂为乙醇。
11.由权利要求1至10任一项所述的制备方法制得的刚性隔热瓦。
12.根据权利要求11所述的刚性隔热瓦，其特征在于：
所述刚性隔热瓦的密度为0.1～0.8g/cm3，室温热导率为0.05～0.12W/(m·K)，厚度方向拉伸强度为0.1～6.0MPa。
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