一種陶瓷纖維多孔隔熱瓦的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種陶瓷纖維多孔隔熱瓦的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天技術(shù)的進(jìn)步，各國對航天飛行器的研究日益升溫。從空天飛機(jī)到重復(fù)使用運(yùn)載器再到高超聲速飛行器，在穿越大氣層飛行時，由于飛行器表面與周圍空氣的摩擦作用及對前方空氣的壓縮作用，飛行器將承受劇烈的氣動加熱和巨大的高溫和結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力，造成變形。因此，航天飛行器表面的熱防護(hù)材料和結(jié)構(gòu)對其安全性能發(fā)揮著極為重要的作用。
[0003]陶瓷纖維多孔隔熱瓦具備高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐溫的特點(diǎn)，可有效減少飛行器自身重量，其只需要很少的材料(纖維)就可以形成一個穩(wěn)定的三維骨架搭接結(jié)構(gòu)。同時，此種隔熱瓦可控制從表面?zhèn)鬟f到內(nèi)部的能量，由此可保證在長時間飛行時，飛行器外部結(jié)構(gòu)及內(nèi)部設(shè)備的安全。
[0004]現(xiàn)有陶瓷纖維多孔隔熱瓦主要以陶瓷纖維為基體，硅溶膠作為粘結(jié)劑，兩者混合燒結(jié)形成隔熱瓦，但此種隔熱瓦存在樣品密度大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)差的缺點(diǎn)。其主要原因在于，在制備的干燥過程中，隔熱瓦內(nèi)部的粘結(jié)劑會跟隨水分揮發(fā)，并殘留在隔熱瓦表面。這意味著粘結(jié)劑在制備過程中會呈現(xiàn)不均勻分布，隔熱瓦表面的粘結(jié)劑含量過多，而內(nèi)部粘結(jié)劑含量很少。在隔熱瓦表面過量的粘結(jié)劑除了搭接纖維節(jié)點(diǎn)，還會填充陶瓷纖維三維骨架間的空隙，導(dǎo)致樣品具備較低的氣孔率和較大的密度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于要解決現(xiàn)有陶瓷纖維隔熱瓦中粘結(jié)劑分布的技術(shù)問題，提供一種陶瓷纖維多孔隔熱瓦的制備方法，選用了氧化鋁纖維作為基體，二氧化硅纖維作為粘結(jié)劑，構(gòu)成三維骨架搭接體系。其中，二氧化硅纖維在高溫?zé)Y(jié)過程中熔融，具有流動性，聚集在氧化鋁纖維的搭接點(diǎn)處，形成有彈性的三維骨架(如圖1所示)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種陶瓷纖維多孔隔熱瓦的制備方法;步驟如下:
[0008](I)將氧化鋁纖維和氧化硅纖維分別通過40目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到篩下短切纖維；
[0009](2)將去離子水和聚丙烯酰胺混合，得到聚丙烯酰胺水溶液；
[0010](3)將短切纖維與去離子水混合，得到纖維漿料；
[0011](4)將步驟(2)得到的丙烯酰胺水溶液、淀粉和步驟(3)得到的纖維漿料混合攪拌后，置于水浴裝置中攪拌，得到漿料混合溶液；
[0012](5)將得到的漿料混合溶液倒入底部帶孔并鋪有一層濾紙的陶瓷模具中，開動真空栗進(jìn)行抽濾，得到陶瓷纖維隔熱瓦濕坯；
[0013](6)將得到的陶瓷纖維隔熱瓦濕坯放入真空干燥箱中，干燥得到陶瓷纖維隔熱瓦干坯，將陶瓷維隔熱瓦干坯放入馬弗爐中，燒結(jié)獲得陶瓷纖維多孔隔熱瓦。
[0014]優(yōu)選氧化鋁纖維和氧化硅纖維的質(zhì)量比為(I?4):1。
[0015]優(yōu)選聚丙烯酰胺水溶液的離子水與聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為299:(I?2)。
[0016]優(yōu)選纖維漿料的陶瓷纖維與去離子水質(zhì)量比為10:3。
[0017]優(yōu)選丙烯酰胺水溶液、淀粉和纖維漿料的質(zhì)量比為(I?3):(0.5?1):13。
[0018]優(yōu)選置于70°C?85°C的水浴裝置中攪拌4min?8min。
[0019]優(yōu)選漿料混合溶液倒入陶瓷模具后，靜置5min?lOmin，使一部分水分流出后，再開動真空栗進(jìn)行抽濾。
[0020]優(yōu)選陶瓷纖維隔熱瓦濕坯放入85°C的真空干燥箱中，干燥2h?3h，得到陶瓷纖維隔熱瓦干坯。
[0021]優(yōu)選將陶瓷維隔熱瓦干坯放入馬弗爐中，燒結(jié)條件是以2°C/min?:TC/min的升溫速率加熱到500°C?700°C，再以5°C/min?7°C/min的升溫速率加熱到1300°C?1500°C，保溫2h?4h，然后隨爐冷卻，獲得陶瓷纖維多孔隔熱瓦。
[0022]本發(fā)明通過優(yōu)選氧化鋁纖維和氧化硅纖維的組分比例，并改善制備過程中纖維的分散度，調(diào)整濕坯抽濾成型、干坯高溫?zé)Y(jié)等工藝環(huán)節(jié)，使制備工藝適用于制備基于氧化鋁纖維為基體的剛性多孔隔熱瓦。本發(fā)明制備的陶瓷纖維多孔隔熱瓦的密度在0.26g/cm3?
0.30g/cm3之間。在本發(fā)明中，二氧化硅纖維在高溫下熔融，作為高溫粘結(jié)劑，以纖維的形態(tài)將多根氧化鋁纖維包裹并連接起來。并且，當(dāng)二氧化硅纖維在高溫下熔融為流動性液體時，會流動聚集到氧化鋁纖維的搭接點(diǎn)處，從而起到連接纖維和支撐剛性纖維多孔材料的作用。
[0023]與現(xiàn)有的陶瓷纖維隔熱瓦相比，此種隔熱瓦克服了由隔熱瓦內(nèi)部粘結(jié)劑分布不均勻所導(dǎo)致的高密度和低強(qiáng)度的技術(shù)問題。此種隔熱瓦內(nèi)部的粘結(jié)劑分布均勻，起到固定和搭接纖維的作用，有效的減少了多余的硅溶膠用量。本發(fā)明制備的陶瓷纖維多孔隔熱瓦能承受1500°C高溫，可用于高超聲速航天飛行器機(jī)身的較高溫區(qū)。
【附圖說明】
[0024]圖1為陶瓷纖維剛性隔熱瓦燒結(jié)后，其內(nèi)部三維骨架搭接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為實(shí)施例1制備的陶瓷纖維多孔隔熱瓦的電子掃描圖片。
[0026]圖3為實(shí)施例1制備的陶瓷纖維多孔隔熱瓦纖維搭接點(diǎn)處的電子掃描圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于所述實(shí)施例。
[0028]實(shí)施例1:
[0029]本實(shí)施例一種陶瓷纖維多孔隔熱瓦的制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0030](I)將2.4g氧化鋁纖維和0.6g二氧化硅纖維通過40目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到短切纖維；
[0031](2)將299g去離子水與Ig聚丙烯酰胺混合均勻，得到聚丙烯酰胺水溶液；
[0032](3)將步驟(I)得到的短切纖維與1g去離子水混合均勻，得到13g纖維漿料；
[0033](4)將3g步驟(2)得到的丙烯酰胺水溶液和Ig淀粉加入至步驟(3)得到的13g纖維漿料中，攪拌均勻后，置于85°C的水浴裝置中攪拌8min，得到漿料混合溶液；
[0034](5)將步驟(4)得到的漿料混合溶液倒入底部帶孔并鋪有一層濾紙的陶瓷模具中，靜置5min，使一部分水分流出后，開動真空栗進(jìn)行抽濾，抽出大部分水分，得到陶瓷纖維隔熱瓦濕坯；
[0035](6)將步驟(5)得到的陶瓷纖維隔熱瓦濕坯放入