先驱体转化法制备多孔陶瓷/聚合物梯度结构功能一体化材料的研究

本项目针对近空间领域，高超声速远程机动飞行器对材料的要求向高强度、超轻质、防隔热、耐烧蚀、抗冲刷结构/功能一体化方向发展的特点，结合多孔材料具有轻质并高效隔热的性能，将研究的重点放在通过有机硅先驱体热转化制备多孔陶瓷上，揭示先驱体分子结构、热转变工艺参数对材料结构和性能的影响机制，深入研究孔结构的影响因素和形成过程中的演化规律，建立微孔形成的物理模型和微观动力学模型，研究在模拟热环境下导热载体声子、分子、光子等在多孔结构中的热传导、对流和辐射现象。在此基础上，探索新材料设计原理和方法，通过引入可化学交联的反应基团和梯度渐变的设计理念实现聚合物结构复合材料与陶瓷先驱体的界面相容性控制，采用高能热源单侧加热材料表层使有机硅先驱体转化为梯度多孔陶瓷。该设计使材料兼备聚合物基体的结构强度和多孔陶瓷耐热并高效隔热的优异性能，为发展先进武器奠定坚实的材料基础。

本项目针对近空间领域，超/高声速飞行器对隔热材料的隔热、结构一体化要求，结合聚合物突出的结构强度和多孔材料在隔热领域的优异性能，探索了新型结构/功能一体化材料的设计与制备。合成了高陶瓷产率的有机硅先驱体，采用多面体倍半硅氧烷(POSS)提高了有机硅树脂耐热性，分析了硅树脂在受热下的分子结构转变机理及POSS的作用机制。提出了以有机硅树脂为前驱体制备多孔材料的方法，通过调控实验参数实现了有机硅多孔材料结构的调控。采用无机纳米颗粒增强改性有机硅多孔材料，使有机硅多孔材料的热稳定性得到提高。采用改进的成型工艺，制备了孔尺寸分布均匀、孔隙率可调的多孔陶瓷。重点开展了多孔结构形成与反应控制研究；研究了孔结构与隔热效率的关系；结合原位表征技术和理论模拟技术，进行了多孔传热学研究。制备了结合牢固的异相复合多孔隔热材料，分析了其界面结构及隔热机制，其热导率相比单一多孔陶瓷明显降低。利用关键耐高温组分增强有机硅树脂，制备了可用于粘结多孔隔热材料与基材的含硅耐高温胶粘剂，实现了结构/功能一体化复合材料的设计及应用性研究。