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防热涂层的研究发展方向

嘉峪检测网        2022-06-09 23:25

神舟十四号载人飞船发射取得圆满成功,这是我国载人航天工程立项实施以来的第23次飞行任务,也是空间站阶段的第3次载人飞行任务。

 

现有航天防热涂层体系主要包括有机硅树脂、环氧树脂、酚醛树脂、陶瓷基涂料等体系。

 

有机硅体系具有较好的耐烧蚀性能和隔热性能,弹性好、不易开裂,贮存期长;同时有机硅为非成碳型材料,易于与雷达、红外等吸波隐身涂层配合;但涂层的粘附性能较差,不适用于强热流或强气动冲刷;

 

环氧树脂虽然耐热性较差,涂层的隔热效果不如有机硅,但环氧树脂具有良好的结合力,制成的涂层粘附力强,结合紧密,在防护强热气流冲刷上具有较好的性能。

 

陶瓷基防热涂料使用温度高、时间长,烧蚀量极小,耐烧蚀能力较有机烧蚀涂层优异;主要应用在金属、陶瓷或 C -C 基复合材料等高温基底上,目前专为树脂基复合材料开发并得以工程应用的陶瓷涂层尚为空白;涂层本身的处理过程受难熔元素或烧结过程的限制,往往涉及高温、高能技术措施,几乎无室温或低温处理的可能性。

 

1、高性能耐烧蚀型防热涂层材料技术研究

 

烧蚀防热材料可分为涂层类和结构类,其中涂层类防热材料主要用于基体表面起到对基体热防护作用,按树脂基体的不同,有多种体系防热涂层材料。

 

选用新型耐高温树脂如聚苯并咪唑、聚喹啉、聚苯并唑、和聚酰亚胺树脂等,这些树脂有着较高的成碳率;

 

改性传统耐高温树脂如环氧树脂、酚醛树脂等,合理选用树脂进行复合或改性,提高树脂的综合性能指标;

 

选用新型增强体填料如纳米复合陶瓷、改性空心陶瓷微球,根据密度和烧蚀性能要求对配方进行设计,得到可靠产品。

 

2、开展非烧蚀热防护技术研究

 

非烧蚀热防护是指适用于长时间(如 2000s~3000s)、高焓(30MJ/kg)、中低热流密度(如 1~10MW/m2)的热环境,热防护要求在飞行过程中不发生飞行器气动外形变化,保持飞行的气动性能。

 

此外,还要求降低防热结构层的质量和体积,使其具有轻质、耐热、不烧蚀、不热裂,此外,还需要具备良好的隔热性能,因为相较于烧蚀材料具有较好的隔热性,非烧蚀材料需在长时间的高温条件,隔热性是其重要的指标。

 

疏导式防热技术是一种新型的非烧蚀防热技术。其理论机制是由快速热传导、高效隔热、表面辐射散热控制、表面抗氧化组成。

 

疏导式防热是以快速热传导为主要防热机理,即要求在疏导层,由高性能热传导材料,能迅速将热量从高温传到低温区。由三层特殊的防热结构组成。

 

热防护技术是一门跨学科跨专业综合技术较强的复合型技术,目前防热涂层材料的技术水平还是一个新的开始,未来飞行器武器系统趋向于高速发展,面对的环境将日益复杂。

 

目前防热涂层的性能不能满足未来高速飞行器热防护需求,防热材料的综合性能提升变得更为重要。研究疏导式防热技术,突破现有防热材料研究的短板,开发新型的高性能防热涂层材料,满足未来飞行器热防护的需求。

 

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来源:Internet