无机/有机复合耐高温烧蚀材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无机/有机复合耐高温烧蚀材料及其制备方法。该材料包括以下重量份的组分：有机基体80～98份、无机混合物2.5～20份、固化剂8～14.7份、硫化剂0.16～5.88份以及表面活性剂0.01～0.8份；其制备方法为：(1)将二氧化硅粉末、二氧化锆粉末、硼酸以及六硼化镧粉末于常温下混合，搅拌制得无机混合物；(2)按配方将无机混合物、硫化剂和表面活性剂加入有机基体中，搅拌后，超声，混合均匀，于冰水浴中加入固化剂；(3)将步骤(2)所得产物于10

Inorganic / organic composite high-temperature ablation material and preparation method thereof

The invention discloses an inorganic / organic composite high-temperature ablation material and a preparation method thereof. The material comprises the following components by weight: 80 to 98 parts of organic matrix and inorganic mixture of 2.5 - 20, 8 - 14.7, curing agent, curing agent 0.16 ~ 5.88 and 0.01 ~ 0.8 surfactant; the preparation method is as follows: (1) the silica powder, zirconium oxide powder, two boric acid and six lanthanum boride powder at room temperature mixing, stirring the mixture of inorganic; (2) according to the formula of inorganic mixture, curing agent and surface active agent into the organic matrix, stirring, ultrasonic, mixing in ice water bath adding curing agent; (3) the step (2) income product to 10

【技术实现步骤摘要】
无机/有机复合耐高温烧蚀材料及其制备方法
本专利技术涉及耐高温烧蚀复合材料
，具体涉及一种无机/有机复合耐高温烧蚀材料及其制备方法。
技术介绍
耐高温烧蚀复合材料(如碳/碳复合材料、碳/酚醛复合材料)具有高比强度、高比模量、耐高温、抗烧蚀、抗冲击等特点，在航天航空领域得到了广泛应用，目前正逐步取代黑色金属、有色金属等传统材料，成为轻质化结构和防热结构的主要材料。航天飞行器在高温等恶劣环境下，如洲际导弹鼻锥再入大气层时，将经受7000～8000K的超高温、每平方米几十兆瓦热流密度、100个加速度过载、粒子云高速侵蚀、突防中遇到的核辐射和动能拦截等，通过材料自身烧蚀引起质量损失，吸收并带走大量的热量，阻止外部热量向结构内部传递，从而保护内部结构在一定温度范围内正常工作。耐烧蚀材料通常以复合材料的形式应用，故而又可称为耐烧蚀复合材料，目前应用较多的有环氧、酚醛等树脂及其复合材料，硅橡胶、丁腈橡胶等及其复合材料，对航空航天用复合材料的性能改进的研究有增韧和耐高温改性两个方面。复合材料想要耐高温化，一方面通过改变合成复合材料的原材料，合成出具有耐热结构或耐热骨架的新型复合材料，但是他们一般价格昂贵；另一方面就是通过掺入耐高温的无机纳米粉体；单一的无机材料包括石墨粉、短切碳纤维、二氧化硅、二氧化锆等耐高温粉体，作为环氧树脂改性剂的无机纳米粒子，目前研究较多的有SiO2、TiO2和AlN等纳米粒子，专利200610024517.X通过溶液共混法和超声波辅助分散法制备的纳米环氧树脂/SiO2复合材料，研究了其对力学性能、耐热性、耐高温的影响。目前，大多的研究方向均为单一无机纳米粒子对耐烧蚀有机体性能的提升，而对于两种或多种纳米粒子协同改性的复合材料的研究少有涉及。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供一种无机/有机复合耐高温烧蚀材料及其制备方法，有效解决了现有耐高温烧蚀材料原料单一、高温耐受性能不足的问题。为解决上述的技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种无机/有机复合耐高温烧蚀材料，包括以下重量份的组分：有机基体80～98份、无机混合物2.5～20份、固化剂8～14.7份、硫化剂0.16～5.88份以及表面活性剂0.01～0.8份；无机混合物包括二氧化硅粉末、二氧化锆粉末、硼酸以及六硼化镧粉末；其中，二氧化硅粉末、二氧化锆粉末、硼酸以及六硼化镧粉末的质量比为50～59:19～25:5～19:1～5。进一步地，有机基体88份、无机混合物12份、固化剂8.8份以及表面活性剂0.2份。进一步地，有机基体为环氧树脂A胶、环氧树脂B胶、酚醛树脂、硅橡胶、丁腈橡胶中至少一种。进一步地，有机基体为环氧树脂A胶和环氧树脂B胶的混合物，其中，环氧树脂A胶和环氧树脂B胶的质量比为1:1。进一步地，有机基体为酚醛树脂和硅橡胶的混合物，其中，酚醛树脂和硅橡胶的质量比为1:1。进一步地，表面活性剂为KH550或KH570。进一步地，固化剂为六次甲基四胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二丙烯三胺或二氨基二苯基甲烷。进一步地，硫化剂为单质硫、过氧化苯甲酰、双马来酰亚胺或2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷。上述无机/有机复合耐高温烧蚀材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将二氧化硅粉末、二氧化锆粉末、硼酸以及六硼化镧粉末于常温下混合，搅拌制得无机混合物；(2)按配方将无机混合物、硫化剂和表面活性剂加入有机基体中，搅拌4h后，超声10min，再继续搅拌4h，于冰水浴中加入固化剂；(3)将步骤(2)所得产物于10-2Pa条件下除气30min，再于25～180℃、0～120MPa的条件下固化2～12h，得复合耐高温烧蚀材料。进一步地，步骤(2)中，按配方称取无机混合物、表面活性剂和有机基体，并分别将其均分为两等分；然后将均分后的无机混合物和表面活性剂分别加入均分的有机基体中，搅拌4h后，超声10min，再继续搅拌4h，得混合物Ⅰ和混合物Ⅱ；再于冰水浴中将混合物Ⅰ和混合物Ⅱ混合，搅拌30-60min后，置于10-2Pa的模具内除气30min，再于常温下固化2-12h，得复合耐高温烧蚀材料。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术采用二氧化硅(SiO2)粉体、二氧化锆(ZrO2)粉体、硼酸(HBO3)、六硼化镧(LaB6)粉体构成的混合体系为无机掺杂体系，与现有的环氧树脂、酚醛树脂、硅橡胶、丁腈橡胶及其混合有机材料进行复合，特定比例的SiO2/ZrO2/HBO3/LaB6无机混合体系在高温烧蚀环境下能够发生固相反应形成LaB6纳米分散的ZrBSi玻璃体，ZrBSi玻璃体对复合材料的耐高温烧蚀性能提升发挥至关重要的作用；一方面所形成的玻璃体在高温下将在复合材料表面形成一层玻璃熔融态膜，该膜层既可以阻隔氧气的进一步向材料中的渗透，又可以通过烧蚀挥发带走大量的热；另一方面，分散在玻璃体中的LaB6超细颗粒对材料表面的红外热辐射具有很高的反射率，进一步阻挡了高温向材料基体的渗透，提升了材料对高温的耐受性能。2、通过无机掺杂，环氧树脂、酚醛树脂、硅橡胶、丁腈橡胶及其混合体系的高温烧蚀性能得到大幅度提高，耐热冲击性能、机械强度等也会有显著的改善。附图说明图1为本专利技术所得无机/有机复合耐高温烧蚀材料烧蚀前后对比图；图2为本专利技术所得无机/有机复合耐高温烧蚀材料烧蚀后表面SEM照片。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。实施例1一种无机/有机复合耐高温烧蚀材料，包括以下重量份的组分：环氧树脂A胶48.75份、环氧树脂B胶48.75份、无机混合物2.5份以及KH5500.025份。上述无机/有机复合耐高温烧蚀材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将二氧化硅粉末、二氧化锆粉末、硼酸以及六硼化镧粉末于常温下混合，搅拌制得无机混合物；其中，二氧化硅粉末、二氧化锆粉末、硼酸以及六硼化镧粉末的质量比为59:19:19:5；(2)按配方将无机混合物和KH550混合，均分为两等份，分别加入环氧树脂A胶和环氧树脂B胶中，分别搅拌4h后，超声分散10min，再继续磁力搅拌4h，得混合物Ⅰ和混合物Ⅱ；(3)于冰水浴中将混合物Ⅰ和混合物Ⅱ混合，搅拌30min后，置于聚四氟乙烯模具内，于10-2Pa除气30min，再于25℃、常压的条件下固化12h，得复合耐高温烧蚀材料。实施例2一种无机/有机复合耐高温烧蚀材料，包括以下重量份的组分：环氧树脂A胶47.5份、环氧树脂B胶47.5份、无机混合物5份以及KH5500.05份。上述无机/有机复合耐高温烧蚀材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将二氧化硅粉末、二氧化锆粉末、硼酸以及六硼化镧粉末于常温下混合，搅拌制得无机混合物；其中，二氧化硅粉末、二氧化锆粉末、硼酸以及六硼化镧粉末的质量比为57:19:19:5；(2)按配方将无机混合物和KH550混合，均分为两等份，分别加入环氧树脂A胶和环氧树脂B胶中，分别搅拌4h后，超声分散10min，再继续磁力搅拌4h，得混合物Ⅰ和混合物Ⅱ；(3)于冰水浴中将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机/有机复合耐高温烧蚀材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：有机基体80～98份、无机混合物2.5～20份、固化剂8～14.7份、硫化剂0.16～5.88份以及表面活性剂0.01～0.8份；所述无机混合物包括二氧化硅粉末、二氧化锆粉末、硼酸以及六硼化镧粉末；其中，二氧化硅粉末、二氧化锆粉末、硼酸以及六硼化镧粉末的质量比为50～59:19～25:5～19:1～5。

【技术特征摘要】
1.一种无机/有机复合耐高温烧蚀材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：有机基体80～98份、无机混合物2.5～20份、固化剂8～14.7份、硫化剂0.16～5.88份以及表面活性剂0.01～0.8份；所述无机混合物包括二氧化硅粉末、二氧化锆粉末、硼酸以及六硼化镧粉末；其中，二氧化硅粉末、二氧化锆粉末、硼酸以及六硼化镧粉末的质量比为50～59:19～25:5～19:1～5。2.根据权利要求1所述的无机/有机复合耐高温烧蚀材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：有机基体88份、无机混合物12份、固化剂8.8份以及表面活性剂0.2份。3.根据权利要求1或2所述的无机/有机复合耐高温烧蚀材料，其特征在于，所述有机基体为环氧树脂A胶、环氧树脂B胶、酚醛树脂、硅橡胶和丁腈橡胶中至少一种。4.根据权利要求3所述的无机/有机复合耐高温烧蚀材料，其特征在于，所述有机基体为环氧树脂A胶和环氧树脂B胶的混合物；其中，环氧树脂A胶和环氧树脂B胶的质量比为1:1。5.根据权利要求3所述的无机/有机复合耐高温烧蚀材料，其特征在于，所述有机基体为酚醛树脂和硅橡胶的混合物；其中，酚醛树脂和硅橡胶的质量比为1:1。6.根据权利要求1或2所述的无机/有机复合耐高温烧蚀材料，其特征在于，所述表面活性剂为KH550或KH570。7.根据权利要求1或2所述的无机/有机复合耐高温烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋远强，慕春红，冉奥，黄武桐，邓凯，李俊鹏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51