(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 107459359 A(43)申请公布日 2017.12.12
(21)申请号 201710676819.3(22)申请日 2017.08.09
(71)申请人 航天特种材料及工艺技术研究所
地址 100074 北京市丰台区云岗北里40号
院(72)发明人 鲁胜 刘圆圆 郭慧 张凡
李文静 刘斌 赵英民 (74)专利代理机构 北京格允知识产权代理有限
公司 11609
代理人 谭辉 周娇娇(51)Int.Cl.
C04B 35/80(2006.01)C04B 41/89(2006.01)C04B 35/622(2006.01)
(54)发明名称
一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料及其制备方法和应用(57)摘要
本发明涉及一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料及其制备方法和应用。所述热防护材料以刚性隔热瓦为基体，复合Si-O-C气凝胶，表面涂覆有强化涂层。所述制备方法包括：制备刚性隔热瓦基体和Si-O-C溶胶前驱体，用Si-O-C溶胶前驱体浸渍刚性隔热瓦基体，再依次经过老化、溶剂置换和超临界干燥后得到刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料，并在刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的外表面涂覆表面强化涂层，制得二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料。本发明所制得的材料的密度低，抗压强度高，而且还具有烧蚀速率慢、热导率低、发射率高、隔热效果好和抗气流冲刷性能优异等特点，可作为外太空探测飞行器的外表面热防护材料使用。
权利要求书2页 说明书9页 附图1页
CN 107459359 ACN 107459359 A
权 利 要 求 书
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1.一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料，其特征在于：
所述热防护材料包括刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料和形成在刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的外表面的表面强化涂层；
所述刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料包括刚性隔热瓦基体和复合在所述刚性隔热瓦基体中的Si-O-C气凝胶。
2.根据权利要求1所述的热防护材料，其特征在于，所述刚性隔热瓦基体由质量分数为1～5％的氧化硼、质量分数为50％～99％的石英纤维以及质量分数为0％～49％的纤维增强体组成。
3.根据权利要求2所述的热防护材料，其特征在于，所述纤维增强体中的纤维选自由氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维和钇铝石榴石纤维组成的组。
4.根据权利要求1所述的热防护材料，其特征在于，表面强化涂层包含室温固化硅树脂和高发射率填料。
5.根据权利要求4所述的热防护材料，其特征在于，所述高发射率填料选自由玻璃粉、四硼化硅、六硼化硅、碳化硼、碳化锆、碳化硅、碳化铪、二硅化钼和二硅化钽组成的组。
6.一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)刚性隔热瓦基体的制备：将质量分数为1～5％的氮化硼、质量分数为50％～99％的石英纤维以及质量分数为0％～49％的纤维增强体用水混匀后过滤得到固体混合物，将所述固体混合物烘干，烧结，制得刚性隔热瓦基体；
(2)Si-O-C溶胶前驱体的制备：用醇溶剂将烷氧基硅烷混匀，以酸性试剂为催化剂制备Si-O-C溶胶前驱体；
(3)用步骤(2)制备的Si-O-C溶胶前驱体浸渍步骤(1)制备的刚性隔热瓦基体，然后静置使Si-O-C溶胶前驱体胶凝，制得刚性隔热瓦基Si-O-C湿凝胶复合材料，将所述刚性隔热瓦基Si-O-C湿凝胶复合材料依次经过老化、溶剂置换和干燥后，制得刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料；
(4)表面强化涂层的制备：配制含有室温固化硅树脂、催化剂、交联剂、分散介质和高发射率填料的表面强化涂料，将所述表面强化涂料涂覆在步骤(3)制备的刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的外表面形成表面强化涂层，从而得到二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述烷氧基硅烷由甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷组成，所述甲基三甲氧基硅烷与二甲基二甲氧基硅烷的质量比为(200～300):(50～75)。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述醇溶剂优选为无水乙醇；步骤(2)中所述酸性试剂选自由硝酸、盐酸和硫酸组成的组；步骤(3)中所述浸渍采用真空浸渍；
步骤(3)中所述溶剂置换在醇溶剂中进行，优选在无水乙醇中进行；步骤(3)中所述干燥为超临界干燥，优选为超临界二氧化碳干燥；步骤(4)中所述催化剂为二月桂酸二丁基锡；步骤(4)中所述交联剂为正硅酸乙酯；和/或
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权 利 要 求 书
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步骤(4)中所述分散介质选自由甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯和丙酮组成的组。9.一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护构件，其特征在于：
所述热防护构件由权利要求1至5中任一项所述的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料或者权利要求6至8中任一项所述的方法制备的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料制得。
10.权利要求1至5中任一项所述的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料或由权利要求6至8中任一项所述的方法制备的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料以及权利要求9中所述的二氧化硅基轻质陶瓷热防护构件在飞行器外表面的热防护材料中的应用。
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说 明 书
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一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料及其制备方法和应用
技术领域
[0001]本发明涉及功能复合材料技术领域，尤其涉及一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护烧蚀材料及其制备方法和应用。
背景技术
[0002]如火星探测器等行星际飞行器高速进入地外行星大气层和从外太空再入地球大气层时，由于速度极快，会产生剧烈的气动加热，因此必须对飞行器的外表面实施热防护措施。飞行器的重量决定了所需运载火箭的推力要求，进而决定了工程的可实现性。所以，降低远行星际探测飞行器外表面热防护系统的重量对于工程的实现十分关键。[0003]早期的大密度烧蚀热防护材料如聚四氟乙烯、三维石英织物/酚醛复合材料和碳-酚醛复合材料等被用于高速弹道导弹的烧蚀热防护系统；碳-酚醛复合材料和先进碳-碳复合材料等不仅可用于弹道导弹热防护，也可用于近地轨道再入飞行器的烧蚀热防护系统，这类材料的密度≥1.0g/cm3。美国在阿波罗登月工程中开发出两种密度在0.4～1.0g/cm3区间内的中密度烧蚀热防护材料，AVCOAT-5026和SLA-561V。这两种中密度烧蚀热防护材料在美国登月工程及其后的火星探测工程中经受过多次实际飞行考核。AVCOAT-5026和SLA-561V的密度均约为0.6g/cm3。AVCOAT-5026材料实际上是表面复合了热控涂层的蜂窝增强树脂复合材料。我国神舟飞船返回舱再入大气层时所用的热防护材料与AVCOAT类似。这些材料的缺点是密度大，热防护系统所占的消极载荷份额大。[0004]美国在火星探测工程中开发出名为“SIRCA”和“PICA”两个低密度烧蚀热防护材料。刚性SIRCA是以石英纤维刚性隔热瓦LI-900为基体骨架，向其孔隙中复合硅树脂制备的复合材料。刚性PICA是以碳纤维刚性隔热瓦为基体，向其孔隙中复合酚醛树脂而制备的复合材料。这两类轻质烧蚀材料的密度均约为0.27g/cm3。PICA和SIRCA在美国火星探测过程中经受了多次实际飞行工程考验。目前太空探索公司现役的龙飞船、返回舱底面烧蚀热防护材料即是PICA材料。美国专利5536562号公开了一类密度在0.15～0.4g/cm3范围的浸渍有有机树脂的石英纤维，但其作为基体制备的轻质陶瓷基烧蚀热防护材料SIRCA的密度为0.27～0.82g/cm3，且抗气流冲刷性能不够优异。霍阳阳采用真空浸渍法和机械弥散工艺将短切石英纤维均匀分散至Si-O-C气凝胶中得到隔热复合材料，但其制备Si-O-C气凝胶需要先将烷氧基硅烷在酸性条件下水解，继而在碱性条件下缩聚，制备过程复杂，此外该材料中石英纤维的含量仅占5wt％，密度已达到0.126～0.382g/cm3，而石英纤维含量过低会导致材料的强度低，抗压强度低至0.135MPa～0.316MPa。(参见：霍阳阳.Si-O-C气凝胶/刚性多孔纤维复合材料的制备及其性能研究[D].哈尔滨工业大学,2015.)。
发明内容
[0005]为了克服现有技术不足，本发明提供了一种密度低、抗压强度高、烧蚀速率慢、热导率低、高发射率、隔热效果好和抗气流冲刷性能优异的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料及其制备方法和应用。
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说 明 书
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本发明在第一方面提供了一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料，所述热防护材料
包括刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料和形成在刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的外表面的表面强化涂层；所述刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料包括刚性隔热瓦基体和复合在所述刚性隔热瓦基体中的Si-O-C气凝胶。[0007]优选地，所述刚性隔热瓦基体由质量分数为1～5％的氧化硼、质量分数为50％～99％的石英纤维以及质量分数为0％～49％的纤维增强体组成。[0008]优选地，所述纤维增强体中的纤维选自由氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维和钇铝石榴石纤维组成的组。[0009]优选地，表面强化涂层包含室温固化硅树脂和高发射率填料。[0010]优选地，所述高发射率填料选自由玻璃粉、四硼化硅、六硼化硅、碳化硼、碳化锆、碳化硅、碳化铪、二硅化钼和二硅化钽组成的组。
[0011]本发明在第二方面提供了一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：[0012](1)刚性隔热瓦基体的制备：将质量分数为1～5％的氮化硼、质量分数为50％～99％的石英纤维以及质量分数为0％～49％的纤维增强体用水混匀后过滤得到固体混合物，将所述固体混合物烘干，烧结，制得刚性隔热瓦基体；[0013](2)Si-O-C溶胶前驱体的制备：用醇溶剂将烷氧基硅烷混匀，以酸性试剂为催化剂制备Si-O-C溶胶前驱体；[0014](3)用步骤(2)制备的Si-O-C溶胶前驱体浸渍步骤(1)制备的刚性隔热瓦基体，然后静置使Si-O-C溶胶前驱体胶凝，制得刚性隔热瓦基Si-O-C湿凝胶复合材料，将所述刚性隔热瓦基Si-O-C湿凝胶复合材料依次经过老化、溶剂置换和干燥后，制得刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料；[0015](4)表面强化涂层的制备：配制含有室温固化硅树脂、催化剂、交联剂、分散介质和高发射率填料的表面强化涂料，将所述表面强化涂料涂覆在步骤(3)制备的刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的外表面形成表面强化涂层，从而得到二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料。
[0016]优选地，步骤(2)中所述烷氧基硅烷由甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷组成，所述甲基三甲氧基硅烷与二甲基二甲氧基硅烷的质量比为(200～300):(50～75)。[0017]优选地，步骤(2)中所述醇溶剂优选为无水乙醇；步骤(2)中所述酸性试剂选自由硝酸、盐酸和硫酸组成的组；步骤(3)中所述浸渍采用真空浸渍；步骤(3)中所述溶剂置换在醇溶剂中进行，优选在无水乙醇中进行；步骤(3)中所述干燥为超临界干燥，优选为超临界二氧化碳干燥；步骤(4)中所述催化剂为二月桂酸二丁基锡；步骤(4)中所述交联剂为正硅酸乙酯；和/或步骤(4)中所述分散介质选自由甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯和丙酮组成的组。
[0018]本发明在第三方面提供了一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护构件，所述热防护构件由本发明在第一方面提供的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料或者本发明在第二方面提供的制备方法制备的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料制得。
[0019]本发明在第四方面提供了本发明在第一方面提供的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料或者由本发明在第二方面提供的制备方法制备的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料以
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及本发明在第三方面提供的二氧化硅基轻质陶瓷热防护构件在飞行器外表面的热防护材料中的应用。
[0020]本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：[0021]1、本发明制备的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料密度低至0.20～0.25g/cm3，抗压强度高至1.0～1.5MPa，在远行星际探测飞行器外表面热防护系统可同时兼顾密度与强度方面的要求。[0022]2、本发明制备的Si-O-C气凝胶均匀分散在刚性隔热瓦的孔隙中，气凝胶的纳米结构大幅降低了该热防护材料的热传导系数，热导率为0.05～0.1W/m·K，此外，Si-O-C气凝胶在高温和热流作用下受热分解为SiO、CO、CO2等小分子气体，气体挥发时可同时带走大量的入射热流，因此隔热效果好，明显优于普通的气凝胶材料。[0023]3、本发明制备的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料，表面涂覆了强化涂层，其抗气流冲刷性能优于SIRCA等同类材料，且硅树脂表面强化涂层的残碳率高，高温烧蚀形成致密层，使得二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料的烧蚀速度下降，此外表面强化涂层中含有高发射率填料，而高发射率填料在高温有氧条件下氧化烧蚀并在表面发生陶瓷化，从而在材料表面形成一层高发射率涂层，具有大幅度强化大气辐射传热从而能够有效抑制飞行器表面温度的升高。[0024]4、本发明制备方法中涉及的表面强化涂层涂覆可预先将需要涂覆的刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的表面机械加工成具有较大粗糙度的表面，从而增加涂层与刚性隔热瓦基体间的接触面积，明显提高涂层的结合强度，表面强化涂层结合强度高至2.0～2.5MPa，从而使得表面强化涂层不易脱落损坏。[0025]5、本发明可按照设计图纸用于制备多种形面尺寸的二氧化硅基轻质陶瓷热防护构件，在外太空探测飞行器的外表面热防护材料中具有重要的应用价值。附图说明
[0026]图1是本发明制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
[0027]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。
[0028]本发明提供了一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料及其制备方法和应用。[0029]本发明在第一方面提供了一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料，所述热防护材料包括刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料和形成在刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的外表面的表面强化涂层；所述刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料包括刚性隔热瓦基体和复合在所述刚性隔热瓦基体中的Si-O-C气凝胶。[0030]在一些优选的实施方式中，所述刚性隔热瓦基体由质量分数为1～5％的氧化硼、质量分数为50％～99％的石英纤维以及质量分数为0％～49％的纤维增强体组成。[0031]在一些优选的实施方式中，所述纤维增强体中的纤维选自由氧化铝纤维、莫来石
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纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维和钇铝石榴石纤维组成的组。[0032]在一些优选的实施方式中，所述表面强化涂层包含室温固化硅树脂和高发射率填料。
[0033]在一些优选的实施方式中，所述高发射率填料选自由玻璃粉、四硼化硅、六硼化硅、碳化硼、碳化锆、碳化硅、碳化铪、二硅化钼和二硅化钽组成的组。
[0034]本发明在第二方面提供了一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料的制备方法，所述热防护材料的制备方法的工艺流程图如图1所示，具体地，包括如下步骤：[0035](1)刚性隔热瓦基体的制备：将质量分数为1～5％(例如1％、2％、3％、4％或5％)的氮化硼、质量分数为50％～99％(例如50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％)的石英纤维以及质量分数为0％～49％(例如0％、1％、3％、5％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、49％)的纤维增强体用大量水搅拌1～2小时(例如1、1.5或2小时)混匀后过滤得到固体混合物，然后将得到的固体混合物依次经过烘干和烧结步骤，制得刚性隔热瓦基体；所述的氮化硼作为烧结助剂；所述的纤维增强体中的纤维为耐高温物质，选自由氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维和钇铝石榴石纤维组成的组。具体地，例如取100g石英纤维，加入1～5g氮化硼粉末和3～10kg去离子水，制备在温度较低(≤1000℃)的场合使用的不含纤维增强体的刚性隔热瓦基体；或取50～99g石英纤维，1～50g氧化铝纤维，加入0.5～7.8g氮化硼粉末和3～10kg(例如3、4、5、6、7、8、9或10kg)去离子水，制备在温度高(＞1000℃)的场合使用的含有纤维增强体的刚性隔热瓦基体。[0036](2)Si-O-C溶胶前驱体的制备：用醇溶剂将烷氧基硅烷混匀，以酸性试剂为催化剂制备Si-O-C溶胶前驱体；所述烷氧基硅烷由甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷组成，所述甲基三甲氧基硅烷与二甲基二甲氧基硅烷的质量比为(200～300):(50～75)；所述醇溶剂优选为无水乙醇；所述酸性试剂选自由硝酸、盐酸和硫酸组成的组。具体地，用300～400mL(例如300、320、350、380或400mL)乙醇将200～300g(例如200、220、250、280或300g)甲基三甲氧基硅烷和50～75g(例如50、55、60、65、70或75g)二甲基二甲氧基硅烷在磁力搅拌下充分混合，缓慢滴加200～300mL(例如200、220、250、280或300mL)浓度为1～1.5mol/L(例如1、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5mol/L)的酸性试剂(例如硝酸、盐酸或硫酸)为催化剂，控制水解反应速度，待酸性试剂滴加完毕后再继续搅拌5～8分钟(例如5、6、7或8分钟)制备Si-O-C溶胶前驱体。[0037](3)用步骤(2)制备的Si-O-C溶胶前驱体浸渍步骤(1)制备的刚性隔热瓦基体，然后静置使Si-O-C溶胶前驱体胶凝，制得刚性隔热瓦基Si-O-C湿凝胶复合材料，将所述刚性隔热瓦基Si-O-C湿凝胶复合材料依次经过老化、溶剂置换和干燥后，制得刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料；所述浸渍采用真空浸渍；所述老化为室温老化，例如可以在室温下放置24～48小时(例如24、30、36、42或48小时)；所述溶剂置换在醇溶剂中进行，优选在无水乙醇中进行；所述干燥为超临界干燥，优选为超临界二氧化碳干燥。[0038](4)表面强化涂层的制备：配制含有室温固化硅树脂、催化剂、交联剂、分散介质和高发射率填料的表面强化涂料，将所述表面强化涂料涂覆在步骤(3)制备的刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的外表面形成表面强化涂层，从而得到二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡；所述交联剂为正硅酸乙酯；所述分散介质选自由甲
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苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯和丙酮组成的组；所述的高发射率填料选自由玻璃粉、四硼化硅、六硼化硅、碳化硼、碳化锆、碳化硅、碳化铪、二硅化钼和二硅化钽组成的组，优选为四硼化硅、碳化硼、软化温度600～1100℃的硼硅玻璃粉组成的组。在另外优选的实施方式中可按需求添加适当量的二硅化钼、二硅化钽和六硼化硅等高发射率填料。具体地，例如取室温固化硅橡胶前驱体100～120g(例如100、110或120g)、四硼化硅粉体10～15g(例如10、11、12、13、14或15g)、碳化硼粉体10～15g(例如10、11、12、13、14或15g)、软化温度600～1100℃(例如600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃或1100℃)的硼硅玻璃粉10～15g(例如10、11、12、13、14或15g)和对二甲苯100～120g(例如100、110或120g)在容器中混合均匀；取正硅酸乙酯1～1.2g(例如1、1.1或1.2g)、二月桂酸二丁基锡0.1～0.2g(例如0.1、0.15或0.2g)、对二甲苯100～120g(例如100、110或120g)在另一个容器中混合均匀，将两个容器中的混合液混合在一起，快速搅拌3～5分钟(例如3、4或5分钟)，得到表面强化涂料，将配制的表面强化涂料涂覆(例如喷涂或刷涂)在所述的刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的外表面，表面强化涂料中含有的对二甲苯挥发后硅树脂室温固化，形成多孔的表面强化涂层。在另外优选的实施方式中在表面强化涂料涂覆之前，可预先将需要涂覆的刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的表面机械加工成具有较大粗糙度的表面，从而增加涂层与刚性隔热瓦基体间的接触面积。
[0039]本发明在第三方面提供了一种二氧化硅基轻质陶瓷热防护构件，所述的热防护构件由本发明中所述的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料制得。本发明中的热防护构件需要先将刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料按照设计图纸机械加工至所需尺寸，外表面预留0.05～0.2mm(例如0.05、0.1、0.15或0.2mm)的负公差，优选为预留0.1～0.2mm(例如0.1、0.15或0.2mm)的负公差，然后在其外表面涂覆表面强化涂层。
[0040]本发明在第四方面提供了本发明在第一方面提供的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料或者由本发明在第二方面提供的制备方法制备的二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料以及本发明在第三方面提供的二氧化硅基轻质陶瓷热防护构件在飞行器外表面的热防护材料中的应用。[0041]实施例1
[0042]取100g石英纤维，5g氮化硼粉末和10kg去离子水，搅拌2小时后过滤，将滤饼压制至预先计算好的高度，然后烘干、烧结，制得石英纤维刚性隔热瓦。然后，取200g甲基三甲氧基硅烷、50g二甲基二甲氧基硅烷、300mL无水乙醇倒入一个5000mL的烧杯中，使用磁力搅拌充分混合均匀；然后缓慢滴加200mL浓度为1mol/L的硝酸催化剂，烧杯外使用冰水混合浴，控制水解反应速度，待硝酸滴加完毕后再继续搅拌5分钟，即制得所需的Si-O-C溶胶前驱体，将制备的刚性隔热瓦置于真空浸渍罐中，抽真空至表压为0.01MPa，然后将Si-O-C溶胶前驱体注入到真空浸渍罐中，静置使Si-O-C溶胶凝胶，得到刚性隔热瓦基Si-O-C湿凝胶复合材料，再将刚性隔热瓦基Si-O-C湿凝胶复合材料在室温下放置48小时，使得其中Si-O-C湿凝胶进一步老化，并将老化后的刚性隔热瓦基Si-O-C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Si-O-C气凝胶复合材料。最后，取室温固化硅橡胶前驱体100g、四硼化硅粉体10g、碳化硼粉体10g、软化温度800℃的硼硅玻璃粉10g、对二甲苯100g在容器中混合均匀；取正硅酸乙酯1g、二月桂酸二丁基锡0.1g、对二甲苯100g在另一个容器中混合均匀，将两个容器中的混合液混合在一起，快速搅拌4分
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钟，得到表面强化涂料，将表面强化涂料刷涂至刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料外表面，待对二甲苯挥发后硅树脂室温固化，形成多孔的表面强化涂层，制得二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料。
[0043]二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料的指标检测结果为：二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料的密度为0.20g/cm3，热导率为0.05W/m·K，抗压强度为1.35MPa，发射率为0.9，表面强化涂层结合强度为2.5MPa；在4.5MW/m2的氧/乙炔火焰烧蚀试验中，二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料的线烧蚀率为0.018mm/s，质量烧蚀率为0.03g/s。
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对比例1
[0047]取100g石英纤维，加入5g氮化硼粉末和10kg去离子水，搅拌2小时后过滤，将滤饼压制至预先计算好的高度，然后烘干、烧结，制得全石英纤维刚性隔热瓦。然后取15g甲基三甲氧基硅烷、15g正硅酸乙酯、50mL无水乙醇于烧杯中，再加入一定量的盐酸，以测定溶液pH＝3为止；同时称取50mL无水乙醇和90mL蒸馏水至于另一烧杯中，将两个烧杯同时放入磁力搅拌器中搅拌半小时，使其混合均匀，磁力搅拌器的温度设为60℃，搅拌速度以液态不能溅出为准。半小时后将两份溶液混合在一起，待反应完成后，再放入磁力搅拌器中，搅拌一小
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时，然后将烧杯取出，放在室温下冷却，当溶液温度降至室温后，加入一定量的氨水，测定溶液pH＝8为止，再次放入磁力搅拌器中搅拌，以溶液混合均匀，但没有凝胶为准，得到Si-O-C溶胶先驱体。然后取制备的刚性隔热瓦1.58g置于真空浸渍罐中，抽真空至表压0.01MPa，然后将Si-O-C溶胶前驱体注入到真空浸渍罐中，静置使Si-O-C溶胶凝胶，得到刚性隔热瓦基Si-O-C湿凝胶复合材料，再将刚性隔热瓦基Si-O-C湿凝胶复合材料在室温下放置48小时，使得其中Si-O-C湿凝胶进一步老化，并将老化后的刚性隔热瓦基Si-O-C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Si-O-C气凝胶复合材料。最后，将刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料放入高温裂解炉中裂解，氮气的流速设为0.2mL/min，将起始温度设为50℃，并且以5℃/min的升温速度升温至150℃并恒温15min，再以2℃/min的速度升温至400℃并恒温30min，再以5℃/min的速度升温至1200℃并恒温2小时，关闭电源，冷却至室温，得到刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料。最后，取室温固化硅橡胶前驱体100g、四硼化硅粉体10g、碳化硼粉体10g、软化温度800℃的硼硅玻璃粉10g、对二甲苯100g在容器中混合均匀；取正硅酸乙酯1g、二月桂酸二丁基锡0.1g、对二甲苯100g在另一个容器中混合均匀，将两个容器中的混合液混合在一起，快速搅拌4分钟，得到表面强化涂料，将表面强化涂料刷涂至刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料外表面，待对二甲苯挥发后硅树脂室温固化，形成多孔的表面强化涂层，制得二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料。
[0048]对刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料和二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料进行指标检测，得到的结果为：
[0049]刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的密度为0.14g/cm3，抗压强度为0.135MPa；二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料的密度为0.18g/cm3，抗压强度为0.135MPa。[0050]对比例2
[0051]对比例2采用与对比例1基本相同的方式进行，不同之处在于：取刚性隔热瓦3.33g置于真空浸渍罐中，用Si-O-C溶胶前驱体浸渍刚性隔热瓦。
[0052]对刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料和二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料进行指标检测，得到的结果为：
[0053]刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的密度为0.23g/cm3，抗压强度为0.45MPa；二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料的密度为0.25g/cm3，抗压强度为0.45MPa。[0054]对比例3
[0055]对比例3采用与对比例1基本相同的方式进行，不同之处在于：取刚性隔热瓦7.5g置于真空浸渍罐中，用Si-O-C溶胶前驱体浸渍刚性隔热瓦。
[0056]对刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料和二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料进行指标检测，得到的结果为：
[0057]刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的密度为0.35g/cm3，抗压强度为0.85MPa；二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料的密度为0.38g/cm3，抗压强度为0.85MPa。[0058]对比例4
[0059]对比例4采用与对比例1基本相同的方式进行，不同之处在于：取刚性隔热瓦12.6g置于真空浸渍罐中，用Si-O-C溶胶前驱体浸渍刚性隔热瓦。
[0060]对刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料和二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料进行
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指标检测，得到的结果为：
[0061]刚性隔热瓦基Si-O-C气凝胶复合材料的密度为0.49g/cm3，抗压强度为1.0MPa；二氧化硅基轻质陶瓷热防护材料的密度为0.52g/cm3，抗压强度为1.0MPa。[0062]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。
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