本发明涉及隔热材料领域，尤其是涉及一种陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法。
背景技术：
1、随着航天技术的进步，近年来对航天飞行器的研究日益升温。从空天飞机到可重复使用运载器再到高超声速飞行器，在穿越大气层飞行时，由于飞行器表面与周围空气的摩擦作用及对前方空气的压缩作用，航天飞行器会承受剧烈的气动加热、高温及结构热应力，其对于航天飞行器安全性影响显著。因此，航天飞行器外表面的隔热材料对其安全性、飞行稳定性等均发挥着极为重要的作用。
2、陶瓷纤维骨架刚性隔热材料（即隔热瓦），一般为微米级多孔结构，具有重量轻，隔热性能、力学性能、介电性能优异，使用温度高等优点。不仅能够有效减少航天飞行器的自身重量，而且只需要很少的材料（如纤维等）就可以形成稳定的三维骨架搭接结构。并且，陶瓷纤维骨架刚性隔热材料还能够控制从其表面传递到内部的能量，由此在航天飞行器进行长时间飞行时，能够有效保证航天飞行器外部结构稳定性及内部设备的安全性。
3、现有的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，主要是以石英纤维、氧化铝纤维为主要原料，经短切、制浆后，再经成型、干燥、烧成等工序处理，制得陶瓷纤维骨架刚性隔热材料。
4、但是，在陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备中存在有原料纤维及辅料分布不均的问题；并且陶瓷纤维骨架刚性隔热材料本征脆性，在实际应用过程中存在不耐高速气流冲刷，损伤容限低，维护频率及维护成本高、服役寿命短等问题，导致其整体稳定性不佳。
5、由此，克服陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备中存在有原料纤维及辅料分布不均的问题，并同时提高陶瓷纤维骨架刚性隔热材料在实际应用过程中的耐高速气流冲刷性能，提高损伤容限，延长服役寿命，降低维护频率及维护成本，提高其整体稳定性，具有重要技术意义。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，能够克服陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备中存在有原料纤维及辅料分布不均的问题，并同时提高陶瓷纤维骨架刚性隔热材料在实际应用过程中的耐高速气流冲刷性能，提高损伤容限，延长服役寿命，降低维护频率及维护成本，提高其整体稳定性。
2、为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
3、一种陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，由以下步骤组成：制备改性氧化铝纤维、制备预混浆料、基体成型、制备涂层剂、喷涂成型。
4、所述制备改性氧化铝纤维的方法为，将硝酸铈、硝酸钇投入至体积浓度为80-85%的乙二醇水溶液中，搅拌20-30min，获得改性液；将氧化铝纤维投入至100-110倍重量的改性液中，控制浸渍真空度为0.04-0.06mpa，真空浸渍50-60min后，搅拌投入磷酸氢二钠，室温搅拌10-20min后，搅拌滴入浓度为0.06-0.08mol/min的氢氧化钠溶液调节ph至中性，继续搅拌20-30min；然后以0.7-0.8℃/min的升温速率，升温至60-65℃，保温搅拌2-3h后，分离获得固体物，固体物经去离子水洗涤后，干燥，制得改性氧化铝纤维。
5、所述制备改性氧化铝纤维中，改性液中硝酸铈的质量浓度为3.7-4.0wt%，硝酸钇的质量浓度为1.2-1.5wt%；
6、氧化铝纤维的直径为7-13μm，氧化铝含量为83-88wt%；
7、磷酸氢二钠的摩尔用量为，改性液中硝酸铈和硝酸钇摩尔量之和的1.1-1.2倍。
8、所述制备预混浆料的方法为，将甲基嵌段室温硫化硅橡胶、正硅酸乙酯、二甲基硅油混合均匀，搅拌升温至40-45℃，保温搅拌60-90min，获得预混液；然后将改性氧化铝纤维和熔融石英玻璃纤维短切至长度为1-1.2cm后，投入至预混液中，40-45℃保温搅拌3-4h后，搅拌投入二月桂酸二丁基锡、促进剂mz，继续搅拌30-50min后，继续投入氮化硼，搅拌均匀，获得预混浆料。
9、所述制备预混浆料中，预混液中甲基嵌段室温硫化硅橡胶、正硅酸乙酯、二甲基硅油的重量比为100:8-9:45-50；
10、熔融石英玻璃纤维的直径为7-10μm，二氧化硅含量为97-99wt%；
11、甲基嵌段室温硫化硅橡胶为，由羟基封头的聚二甲基硅氧烷（107胶）和甲基三乙氧基硅烷低聚物（分子量3-5）的共聚体；
12、改性氧化铝纤维、熔融石英玻璃纤维、预混液、二月桂酸二丁基锡、促进剂mz、氮化硼的重量比为16-17:34-36:100:0.18-0.22:2.4-2.6:3-3.5。
13、所述基体成型的方法为，将预混浆料导入至模具中，静置3-5min后，抽滤15-25min去除多余胶体，获得湿坯体；然后将内容有湿坯体的模具置于恒温干燥箱内，120-130℃干燥22-24h，脱模，获得预成型体；然后将预成型体置于煅烧炉内，控制升温速率为1.2-1.6℃/min，升温至1300-1400℃，保温煅烧2-3h，制得基体。
14、所述制备涂层剂的方法为，将硼硅玻璃粉、β-锂霞石、石英粉、异丙醇水溶液（体积浓度55-60%）投入至球磨机内，控制球料比为5-6:1，球磨转速为90-120rpm，球磨15-25min后，同时喷入硅烷偶联剂a-1120和钛酸酯偶联剂kr-38s，控制硅烷偶联剂a-1120和钛酸酯偶联剂kr-38s的加入时间为15-20min，加入完成后继续球磨3-4h后，分离出固体物，将固体物置于恒温干燥箱内，90-95℃干燥至恒重，获得球磨物；然后将球磨物、四硼化硅、二氧化钛、分散剂afcona-4595、去离子水混合均匀，制得涂层剂。
15、所述制备涂层剂中，硼硅玻璃粉、β-锂霞石、石英粉、异丙醇水溶液、硅烷偶联剂a-1120、钛酸酯偶联剂kr-38s的重量比为63-66:16-16.5:5-6:42-45:3.5-4:2.1-2.3；
16、球磨物、四硼化硅、二氧化钛、分散剂afcona-4595、去离子水的重量比为95-100:8-8.5:3.2-3.5:2-2.2:85-90。
17、所述喷涂成型的方法为，控制喷涂气源压力为0.25-0.3mpa，喷涂嘴至基体外表面的距离为13-15cm，将涂层剂喷涂至基体外表面后，转入至恒温干燥箱内，105-110℃干燥4-5h后，转入至烧结炉内，以3-3.5℃/min的升温速率，升温至1150-1250℃，保温烧结2-3h，自然冷却，制得陶瓷纤维骨架刚性隔热材料。
18、所述喷涂成型中，涂层剂的喷涂量根据涂层剂最终烧结形成的涂层厚度进行调整，控制涂层剂烧结形成的涂层厚度为90-100μm。
19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20、（1）本发明的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，采用硝酸铈与硝酸钇配合，通过湿法化学自组装的方式，在特定规格的氧化铝纤维外表面形成均匀的磷酸铈/磷酸钇涂层，制得改性氧化铝纤维；通过磷酸铈/磷酸钇涂层在氧化铝纤维的热屏蔽作用，降低热量传导，提高隔热材料的整体隔热性能；同时，提高改性氧化铝纤维在高温环境中的稳定性，改善改性氧化铝纤维与熔融石英玻璃纤维等原料的结合性能，进一步提高隔热材料的结构稳定性，提高隔热材料耐高速气流冲刷性能，提高隔热材料的损伤容限；然后在制备预混浆料步骤中，将改性氧化铝纤维、熔融石英玻璃纤维短切后，采用甲基嵌段室温硫化硅橡胶、正硅酸乙酯、二甲基硅油配合，对改性氧化铝纤维、熔融石英玻璃纤维进行包覆，进一步改善隔热效果，并在基体成型的干燥、煅烧过程中，原位反应生成二氧化硅，增加原料间的结合位点，实现对各原料间的结合加固，进一步改善隔热材料的力学性能、韧性及结构稳定性，克服刚性隔热材料本征脆性，进一步提高隔热材料损伤容限；然后在制备涂层剂及喷涂成型步骤中，先采用硅烷偶联剂a-1120和钛酸酯偶联剂kr-38s配合处理硼硅玻璃粉、β-锂霞石、石英粉，制成涂层剂，然后喷涂至基体外表面，制得陶瓷纤维骨架刚性隔热材料；通过硅烷偶联剂a-1120和钛酸酯偶联剂kr-38s对主要原料的配合处理，提高涂层各原料间的结合性能，并改善涂层与隔热材料基体之间的相容性及附着性，通过在刚性隔热材料基体表面构建复合涂层外壳，并通过复合涂层对刚性隔热材料基体表面空隙的填充，进一步提高涂层与基体的界面结合强度，提高隔热材料的整体稳定性；前述各技术手段相互结合，协同作用，能够克服陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备中存在有原料纤维及辅料分布不均的问题，并同时提高陶瓷纤维骨架刚性隔热材料在实际应用过程中的耐高速气流冲刷性能，提高损伤容限，延长服役寿命，降低维护频率及维护成本，提高其整体稳定性。
21、（2）本发明的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，制得的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的抗压强度为3.3-3.4mpa，1200℃抗压强度为2.9-3.2mpa，厚度方向抗拉强度为1.11-1.14mpa，1200℃厚度方向抗拉强度为1.02-1.09mpa，断裂韧性为0.86-0.91mpa·m1/2，导热系数为0.021-0.024w/m·k，涂层与基体的界面结合强度为3.0-3.2mpa。
22、（3）本发明的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，制得的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料在1350℃温度条件下，保温10h后，无变形、收缩、开裂问题，无涂层与基体分离问题；且1350℃保温静置720h后，陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的失重率为1.25-1.31wt%。
23、（4）本发明的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，制得的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料能够有效维持高超声速飞行器的气动外形，同时承受气动热、气动力以及振动相耦合的载荷，进而实现隔热材料（即隔热瓦）的高可靠性应用。
1.一种陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：制备改性氧化铝纤维、制备预混浆料、基体成型、制备涂层剂、喷涂成型；
2.根据权利要求1所述的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，其特征在于，所述制备改性氧化铝纤维中，乙二醇水溶液的体积浓度为80-85%；
3.根据权利要求1所述的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的陶瓷纤维骨架刚性隔热材料的制备方法，其特征在于，所述喷涂成型中，控制喷涂气源压力为0.25-0.3mpa，喷涂嘴至基体外表面的距离为13-15cm；
