一种获得低温的隔热材料结构的制作方法
【专利摘要】一种获得低温的隔热材料结构，其特征在于由表层，C／C或C／SiC层，Nextel／Al2O3层，复合二氧化硅气凝胶层和真空绝热板5层叠层组成；表层接触高温，高温大于2000℃，真空绝热板内侧为低温，小于25℃；该发明从结构和材料两方面同时进行设计，具有质轻、高强度、抗氧化性、抗热震性、高温稳定性、优良的耐腐蚀、耐磨损性、可重复使用等优点，整体具备多层热反射和热阻隔层，绝热性能优异，保证其内侧获得低温，可应用于航空航天等高端领域。
【专利说明】一种获得低温的隔热材料结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种隔热结构，特别是涉及一种获得低温的隔热材料结构。
【背景技术】
[0002]航天飞机轨道器进入地球大气层时，因与空气发生猛烈摩擦，在它的底部会产生巨大的热量。由于轨道器构架和它的蒙皮基本上都是铝制品，铝的熔点是660°C，可是它的强度到不了这个温度早就失去了，因此设计要求规定轨道器外蒙皮的温度不能超过176.7V。轨道器舱内的温度依靠内部隔热层和空调设备将进一步下降，直到对宇航员和对温度敏感的设备都适宜为止。若传入舱内的温度过高，空调负荷过重，会造成不必要的能源损耗，那么提高内部隔热层的隔热能力，设计一种获得低温的隔热材料结构便成了当务之急O
[0003]申请号为200510027675.6的中国专利中公开了一种低温绝热复合纳米材料多层绝热体，利用溶胶-凝胶法在已开缝的聚酯或者聚酰薄膜上双面镀制氧化锆或氧化锆-氧化铝薄膜，以此作为反射屏，再通过溶剂替换和表面修饰于常压下制备二氧化硅气凝胶-硅酸钙复合纳米材料，以此种纳米复合材料作为间隔物，利用原位粘贴的方法，制备这样的“反射屏-间隔物-反射屏-间隔物”的3-50层多层绝热体，并通过真空包扎，达到良好的低温绝热效果，可应用于液态金属容器外表面和具有低温隔热要求装置的外表面隔热保温层。
[0004]申请号为201210039966.7的中国专利中公开了一种制冷保温箱，包括外层箱体框架以及与其适配的可移动至外层箱体框架外侧的保温箱体，且所述保温箱体为顶部开启式保温箱体，当保温箱体移动至外层箱体框架外侧并处于开启状态时，保温箱体内的冷空气会处于箱体底部，不会造成大量的冷气散失，同时外层箱体框架上也可以叠加安装多个保温箱，实现物品的分层分类存放，该制冷保温箱既适合在竖直方向上进行叠加分层，又可以在存取物品时减少冷气的损失，降低了保温箱的能耗。
[0005]申请号为201210536713.0的中国专利中公开了一种具有新型保温结构的制冷设备，包括至少两块相拼接的壁板，壁板由内钢板、外钢板、发泡层、及隔热材料体构成。所述发泡层和隔热材料体两者夹在内钢板和外钢板之间，隔热材料体位于壁板的四周，所述内钢板和外钢板在隔热材料体处均形成有翻边。两块相邻壁板之间嵌有弹性隔热条，弹性隔热条在内钢板翻边处和外钢板翻边处各有一条，两弹性隔热条之间形成有空腔。大幅降低箱体内外的传热量，保证制冷设备的制冷效果。
[0006]目前国内对获得低温的隔热材料结构研究较少，上述专利中所提到的制冷结构都仅仅应用于冰箱、船舶、储罐等液态金属容器中，并且其保冷隔热结构忽略了高性能材料的应用，单一的从结构方面进行设计，其低端的保温材料和狭隘的适用场合限制了它在航空航天保温隔热高端领域中的应用。因此，从材料和结构两方面同时着手，探索一种获得低温的隔热材料结构应用于航空航天隔热领域为现今的一个研究热点。
【发明内容】
[0007]本发明旨在克服现有隔热结构研究的不足，提供了一种获得低温的隔热材料结构。该种获得低温的隔热材料结构将高性能材料与合理的结构设计相结合，拥有绝佳的保温隔热能力，主要应用于航空航天隔热领域。
[0008]针对上述问题，本发明提供一种获得低温的隔热材料结构，其特征在于由表层，C / C或C / SiC层，Nextel / Al2O3层，見合二氧化娃气)规|父层和真绝热板5层置层组成。
[0009]所述的表层为高温红外辐射涂层，防水、防腐，并且能够改善高温辐射性能。
[0010]所述的C / C为高密度炭/炭复合隔热材料，密度为1.8-2.3g / cm3，使用温度为1000-3000°C，炭/炭复合材料构成一种炭纤维网结构，而离散区域的炭/炭质在纤维的交叉处粘结在一起，其中70-90%的纤维构成相互连通的孔隙，高孔隙率的基体和纤维取向使垂直于纤维层方向上的导热系数低，既有优异的隔热性能，又具有优异的综合力学性能，结构功能一体化，稳定性好，使用寿命长。
[0011]所述的C / SiC为2.5D编织碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料，2.5D编织C /SiC复合材料在高温下具有 较低的线热膨胀系数，与基体连接性好；同时C / SiC复合材料具有高强度、耐高温、低密度、高断裂性能、抗化学腐蚀、抗热震性能以及C / C复合材料无法比拟的抗氧化性能，用C / SiC复合材料制成的抗烧蚀表面隔热瓦，在航天飞行器再入大气层与空气摩擦产生高热时构成了有效的防热体系。
[0012]所述的Nextel / Al2O3为Nextel氧化物纤维增强Al2O3陶瓷基复合材料,Nextel氧化物纤维含量为10-30%，Nextel氧化物纤维具有较高的抗拉强度、超群的抗高温性、耐腐蚀性、低变形、热导率小、抗热震能力强、空隙率低与独特的电学性质等一系列优点，以Nextel氧化物纤维增强的Al2O3陶瓷基复合材料隔热性能佳，能承受震动冲击及高低温交变，热稳定性好。
[0013]所述的复合二氧化硅气凝胶层由玻璃纤维增强SiO2气凝胶组成，导热系数为8-15mff / πι.Κ。一方面SiO2气凝胶有纳米多孔网络结构，其纳米级孔径可显著降低气体分子热传导和对流传热，纤细的纳米级骨架颗粒可显著降低固态热传导，具有极低的热导率，同时也是目前为止最轻的固体，是一种较为理想的轻质高效隔热材料；另一方面，玻璃纤维的加入可产生裂纹偏转、纤维脱粘、纤维拔出、纤维桥联等增韧机制，增加复合材料破坏前所吸收的能量，从而提高材料的力学性能，并且玻璃纤维本身也同样具有较好的遮挡红外辐射效果与隔热性能。
[0014]所述的真空绝热板导热系数为l_5mW / m.K，真空绝热板是由碎玻璃熔融并用离心法吹成直径3.5-5.5 μ m棉絮状的玻璃棉纤维，纤维与纤维间立体交叉缠绕，具有大量的内外联通的微小孔隙和孔洞，后经固化加膜处理形成的，是极佳的绝热新材料。
[0015]所述的表层接触高温，高温大于2000°C，真空绝热板内侧为低温，小于25°C。
[0016]本发明的主要优点是:①该隔热材料结构质轻，与传统材料相比，总厚度可降低50% ;②经多层热反射和热阻隔，整体绝热性能优异，保证其内侧获得低温具有高强度、抗氧化性、抗热震性；④具有高温稳定性、优良的耐腐蚀、耐磨损性能可重复使用。
【专利附图】
【附图说明】[0017]图1为本发明的结构示意图，其中10为表层，20为C / C或C / SiC层，30为Nextel / Al2O3层，40为复合二氧化硅气凝胶层，50为真空绝热板。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
[0019]实施例1
[0020]一种获得低温的隔热材料结构，包括表层，C / C层，Nextel / Al2O3层，复合二氧化硅气凝胶层和真空绝热板5层叠层组成，表层为高温红外辐射涂层；C / C层是密度为
1.8g / cm3的炭/炭复合隔热材料；Nextel / Al2O3层是由10%的Nextel氧化物纤维增强的Al2O3陶瓷基复合材料；复合二氧化硅气凝胶层是玻璃纤维增强的SiO2气凝胶，该层导热系数为8mW / m.K ;真空绝热板导热系数为3mW / m.K ;该结构表层接触高温，高温大于2000 0C，真空绝热板内侧为低温，小于25 °C。
[0021]实施例2
[0022]一种获得低温的隔热材料结构，包括表层，C / SiC层，Nextel / Al2O3层，复合二氧化硅气凝胶层和真空绝热板5层叠层组成，表层为高温红外辐射涂层；C / SiC层是2.编织碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料；Nextel / Al2O3层是由24%的Nextel氧化物纤维增强的Al2O3陶瓷基复合材料；复合二氧化硅气凝胶层是玻璃纤维增强的SiO2气凝胶，该层导热系数为12mW / m.K真空绝热板导热系数为5mW / m.K ;该结构表层接触高温，高温大于2000°C，真空绝热板内侧为低温，小于25°C。
[0023]上述仅为本发明的两个【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种获得低温的隔热材料结构，其特征在于由表层，c / C或C / SiC层，Nextel /Al2O3层，复合二氧化硅气凝胶层和真空绝热板5层叠层组成。
2.根据权利要求1所述的隔热材料结构，其特征在于所述的表层为高温红外辐射涂层。
3.根据权利要求1所述的隔热材料结构，其特征在于所述的C/ C为高密度炭/炭复合隔热材料，密度为1.8-2.3g / cm3，使用温度为1000-3000°C。
4.根据权利要求1所述的隔热材料结构，其特征在于所述的C/ SiC为2.编织碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。
5.根据权利要求1所述的隔热材料结构，其特征在于所述的Nextel/ Al2O3为Nextel氧化物纤维增强Al2O3陶瓷基复合材料，Nextel氧化物纤维含量为10-30%。
6.根据权利要求1所述的隔热材料结构，其特征在于所述的复合二氧化硅气凝胶层由玻璃纤维增强SiO2气凝胶组成，导热系数为8-15mW / m.K。
7.根据权利要求1所述的隔热材料结构，其特征在于所述的真空绝热板导热系数为l-5mff / m.K。
8.根据权利要求1所述的隔热材料结构，其特征在于所述的表层接触高温，高温大于.2000 0C，真空绝热板内侧为低温，小于25 °C。
【文档编号】F16L59/08GK103727358SQ201310412235
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】陈照峰, 王璐 申请人:太仓派欧技术咨询服务有限公司