高硅氧复合陶瓷隔热产品的制备方法 技术领域 本发明属于高硅氧复合陶瓷材料技术领域， 具体涉及一种高硅氧复合陶瓷隔热产 品的制备方法。
技术背景 安装在导弹武器控制舱外部的耐高温 ( ≥ 1000℃ ) 隔热产品， 在再入、 机动、 长航 时过程中起着隔热、 承载和抗烧蚀的作用， 能确保控制舱内环境温度保持在 200℃以内， 保 障控制舱内元器件在恶劣的再入环境中能够正常工作。随着导弹武器系统向大射程、 大马 赫、 高机动、 长航时技术发展， 在高温情况下容易很快烧蚀、 挥发掉的传统树脂基隔热材料 已经不能满足长航时控制舱隔热使用要求， 因而耐高温陶瓷材料成为必需。 目前， 现有工程 应用的耐高温隔热碳化硅陶瓷材料存在导热系数偏大， 室温至 300℃时为 14W/m· k， 隔热效 果较差。而且， 碳化硅陶瓷用纤维及基体材料价格极其昂贵， 碳纤维 (3K) 市场价约为 4500 元 / 公斤， 聚碳硅烷先驱体市场价约 6000 元 / 公斤， 用其制作的产品成本极高。
发明内容 本发明的目的是提供一种工艺简单、 成本低廉的高硅氧复合陶瓷隔热产品的制备 方法。采用该方法制得的产品具有导热系数低、 隔热效果好、 力学性能强、 热物理性能优异 的特性。
为实现上述目的， 本发明所设计的高硅氧复合陶瓷的制备方法， 包括以下步骤 ：
1) 先将高硅氧纤维编织体依次经水煮 20 ～ 40h、 烘干 10 ～ 15h、 250 ～ 500℃下真 空容器中通氧焙烧 1 ～ 3h、 酸洗、 水洗和再烘干处理 ；
2) 其次将高硅氧纤编织体置于硅溶胶中浸渍 30 ～ 60min， 控制所述硅溶胶的密度 3 为 1.12 ～ 1.16g/cm ；
3) 然后振动硅溶胶， 继续浸渍高硅氧纤编织体 30 ～ 60min， 取出干燥 20 ～ 40h ；
4) 再对高硅氧纤编织体重复步骤 2) 和步骤 3) 的处理方式 2 ～ 6 次 ；
5) 接着对高硅氧纤编织体进行热处理， 热处理温度控制在 300 ～ 700℃， 使高硅氧 纤编织体半陶瓷化成粗坯 ；
6) 最后将粗坯加工成所需的产品尺寸， 即得到高硅氧复合陶瓷隔热产品。
进一步地， 所述步骤 1) 中， 酸洗过程是采用体积比为 3 ∶ 1 的浓盐酸和浓硝酸混 合液进行洗涤。
再进一步地， 所述步骤 2) 中， 浸渍过程在真空容器中进行。
更进一步地， 所述步骤 5) 中， 热处理温度控制在 400 ～ 500℃。
本发明高硅氧复合陶瓷隔热产品的制备方法中各步骤工艺参数限定原理及优点 如下 ：
本发明将高硅氧纤维编织体通过水煮、 烘干、 焙烧、 酸洗、 水洗和再烘干等措施预 处理， 完全除去了高硅氧纤维表面的浸润剂。 然后采用硅溶胶作基体， 对高硅氧纤维编织体
进行一段时间的浸渍， 使硅溶胶基体有效填充高硅氧纤维编织体的缝隙， 加强了高硅氧纤 维编织体的致密性。 浸渍优选在真空状态下进行， 因为在真空条件下， 高硅氧纤维中的空气 被抽出， 更有利于硅溶胶中的石英颗粒进入缝隙， 填充效果更好。普通浸渍后再进行振动 浸渍， 在机械振动作用下， 硅溶胶与高硅氧纤维编织体结合更紧密。 为了得到更好的填充效 果， 对普通浸渍和振动浸渍依次重复 2 ～ 6 次。 接着对振动浸渍处理后的高硅氧纤维编织体 经干燥脱水使硅溶胶固化， 再经 300 ～ 700℃低温热处理， 在此温度下， 高硅氧纤维与硅溶 胶复合材料部分晶相化， 形成半陶瓷化粗坯， 该半陶瓷化处理的粗坯韧性高、 不易碎， 而且 处理所需温度低， 可以降低工艺难度和生产成本。最后， 将粗坯机械加工成所需产品尺寸， 即得到高硅氧复合陶瓷隔热产品。
而且， 本发明制备方法采用的原材料高硅氧纤维市场价约 450 元 / 公斤， 硅溶胶约 100 元 / 公斤， 成本低廉， 可在工程上大面积使用。所制得高硅氧复合陶瓷导隔热产品的热 系数低于 0.6W/m· k( 室温～ 300℃ )， 远比碳化硅陶瓷低， 隔热效果更好。本发明的产品能 成功地解决大射程、 大马赫、 高机动、 长航时导弹武器飞行过程中控制舱外隔热问题。 具体实施方式 下面结合具体实施例对本发明高硅氧复合陶瓷隔热产品的制备方法作进一步的 详细说明。
实施例 1
制作高硅氧复合陶瓷隔热框时， 事先根据所设计隔热框的几何尺寸要求， 用高硅 氧纤维编织成仿形隔热框结构， 然后 ：
1) 先将高硅氧纤维隔热框置于容器中水煮 20h， 烘干 10h， 再在 250℃的真空状态 下通氧焙烧 1h， 然后采用体积比为 3 ∶ 1 的浓盐酸和浓硝酸混合液对其进行酸洗处理， 酸洗 之后对其进行水洗、 烘干。
2) 其次将高硅氧纤维隔热框置于不锈钢桶中抽真空， 并缓缓抽入密度为 1.12g/ 3 cm 的硅溶胶淹没高硅氧纤维隔热框， 在硅溶胶中浸渍 30min。
3) 然后振动不锈钢桶， 使硅溶胶产生剧烈波动， 继续浸润高硅氧纤维隔热框 30min 后取出干燥 20h。
4) 再对高硅氧纤维隔热框重复步骤 2) 和步骤 3) 的处理方式 4 次。
5) 接着对高硅氧纤维隔热框进行热处理， 热处理温度控制在 400℃， 使高硅氧纤 维隔热框半陶瓷化成粗坯。
6) 最后对半陶瓷化粗坯进行除杂质， 加工成所需产品尺寸， 即制得高硅氧复合陶 瓷隔热框产品。
采用本发明方法制得的高硅氧复合陶瓷隔热框产品， 密度为 1.54g/cm3， 导热系数 为 0.52W/m· k( 室温～ 300℃ )， 弯曲强度为 25MPa， 线烧蚀率为 0.12mm/s， 各项性能指标满 足设计要求。
实施例 2
制作高硅氧复合陶瓷隔热板时， 事先根据所设计隔热板的几何尺寸要求， 用高硅 氧纤维编织成仿形隔热板结构， 然后 ：
1) 先将高硅氧纤维隔热板置于容器中水煮 30h， 烘干 15h， 再在 500℃下真空状态
下通氧焙烧 2h， 然后采用体积比为 3 ∶ 1 的浓盐酸和浓硝酸混合液对其进行酸洗处理， 酸洗 之后对其进行水洗、 烘干。
2) 其次将高硅氧纤维隔热板置于不锈钢桶中抽真空， 并缓缓抽入密度为 1.16g/ 3 cm 硅溶胶淹没高硅氧纤维隔热板， 在硅溶胶中浸渍 60min ；
3) 然后振动不锈钢桶， 使硅溶胶产生剧烈波动， 继续浸润高硅氧纤维隔热板 50min 后取出干燥 40h ；
4) 再对氧纤维隔热板重复步骤 2) 和步骤 3) 的处理方式 5 次 ；
5) 接着对高硅氧纤维隔热板进行热处理， 热处理温度控制在 500℃， 使高硅氧纤 维隔热板半陶瓷化成粗坯 ；
6) 最后对半陶瓷化粗坯进行除杂质， 加工成所需产品尺寸， 即制得高硅氧复合陶 瓷隔热板产品。
采用本发明方法制得的高硅氧复合陶瓷隔热板产品， 密度为 1.56g/cm3， 导热系数 为 0.55W/m· k( 室温～ 300℃ )， 弯曲强度为 30MPa， 线烧蚀率为 0.16mm/s， 各项性能达到国 内先进水平。
实施例 3
制作高硅氧复合陶瓷隔热瓦时， 事先根据所设计隔热瓦的几何尺寸要求， 用高硅 氧纤维编织成仿形隔热瓦结构， 然后 ：
1) 先将高硅氧纤维隔热瓦置于容器中水煮 40h， 烘干 12h， 再在 300℃下真空状态 下通氧焙烧 3h， 然后采用体积比为 3 ∶ 1 的浓盐酸和浓硝酸混合液对其进行酸洗处理， 酸洗 之后对其进行水洗、 烘干。
2) 其次将高硅氧纤维隔热瓦置于不锈钢桶中抽真空， 并缓缓抽入密度为 1.15g/ 3 cm 硅溶胶淹没高硅氧纤维隔热瓦， 在硅溶胶中浸渍 30min ；
3) 然后振动不锈钢桶， 使硅溶胶产生剧烈波动， 继续浸润高硅氧纤维隔热瓦 60min 后取出干燥 40h ；
4) 再对氧纤维隔热瓦重复步骤 2) 和步骤 3) 的处理方式两次 ；
5) 接着对高硅氧纤维隔热瓦进行热处理， 热处理温度控制在 300℃， 使高硅氧纤 维隔热瓦半陶瓷化成粗坯 ；
6) 最后对半陶瓷化粗坯进行除杂质， 加工成所需产品尺寸， 即制得高硅氧复合陶 瓷隔热瓦产品。
采用本发明方法制得的高硅氧复合陶瓷隔热瓦产品， 密度为 1.60g/cm3， 导热系数 为 0.58W/m· k( 室温～ 300℃ )， 弯曲强度为 35MPa， 线烧蚀率为 0.20mm/s， 各项性能达到国 内先进水平。
实施例 4
制作高硅氧纤维复合陶瓷隔热筒时， 事先根据所设计的隔热筒产品几何尺寸要 求， 用高硅氧纤维编织成仿形隔热筒结构， 然后 ：
1) 先将高硅氧纤维隔热筒置于容器中水煮 40h， 烘干 15h， 再在 450℃下真空状态 下通氧焙烧 3h， 然后采用体积比为 3 ∶ 1 的浓盐酸和浓硝酸混合液对其进行酸洗处理， 酸洗 之后对其进行水洗、 烘干。
2) 其次将高硅氧纤维隔热筒置于不锈钢桶中抽真空， 并缓缓抽入密度为 1.16g/cm3 硅溶胶淹没高硅氧纤维隔热筒， 在硅溶胶中浸渍 40min ；
3) 然后振动不锈钢桶， 使硅溶胶产生剧烈波动， 继续浸润高硅氧纤维隔热筒 60min 后取出干燥 35h ；
4) 再对氧纤维隔热筒重复步骤 2) 和步骤 3) 的处理方式六次 ；
5) 接着对高硅氧纤维隔热筒进行热处理， 热处理温度控制在 700℃， 使高硅氧纤 维隔热筒半陶瓷化成粗坯 ；
6) 最后将半陶瓷化粗坯进行除杂质， 加工成所需产品尺寸， 即制得制得高硅氧复 合陶瓷隔筒产品。
采用本发明方法制得的高硅氧复合陶瓷隔热筒产品， 密度为 1.63g/cm3， 导热系数 为 0.60W/m· k( 室温～ 300℃ )， 弯曲强度为 32MPa， 线烧蚀率为 0.18mm/s， 各项性能达到国 内先进水平。6