航天飞机用刚性陶瓷瓦防热材料发展概况

本文介绍及评述了全石英纤维防热瓦材料(LI)、具有代表性的FRCI材料、HTP及AETB四个系统的防热材料,并介绍了贴面组合结构的陶瓷防热材料和薄壳结构的防热材料等多组元组合结构防热材料的试验研究动向。     

陶瓷防热瓦用应变隔离垫的制备及性能

通过SEM等手段对以芳纶纤维为原料,采用针刺工艺制备的应变隔离垫的微观结构、力学、粘接和耐温性能进行表征与分析。结果表明：当针刺密度为35 针/cm²、材料密度为0.18 g/cm³时,材料具有很好的应变协调能力和力学性能,经200℃以下温度热处理,材料无明显变化,强度仍可达0.9 MPa。在风洞考核环境下,陶瓷瓦热防护组件最高表面温度1 500℃,风洞考核后,组件无开裂、松动现象,验证了应变隔离垫用于陶瓷瓦粘接的可靠性。     

金属复合防热瓦的研究

本文主要研究了,金属复合防热瓦的结构、制造工艺及热物理性能,并取得突破性进展。研究表明:金属防热瓦的容重和热物理性能等主要指标可以达到同一使用温区的陶瓷防热瓦的水平,而金属防热瓦的强度和刚度更优越,因此,它是很有前途的一种可重复使用的防热结构材料。     

陶瓷基复合材料防热系统

本文介绍陶瓷基复合材料防热系统。这种防热系统有可能适用于高级热防护系统,即:在空气中,耐1600℃以上高温,并具有抗全天候的能力。这种方案包括陶瓷纤维增强碳化硅桁架结构和面板组成。文中介绍几种结构方案。     

基于有限元方法的防热瓦损伤分析

防热系统是可重复使用运载器安全飞行的重要保障,而对受损防热结构进行传热特性分析是实现其健康监控的基础.本文针对典型的可重复使用陶瓷防热瓦,建立其有限元传热学分析模型,在考虑气动加热、辐射散热以及防热瓦与飞行器蒙皮之间的传热三种因素的基础上,分别模拟了单片防热瓦在正常情况和发生表面涂层损伤或冲击损伤情况下的传热情况,并进一步分析了两种损伤对于防热瓦温度分布的影响.结果表明,冲击损伤对防热瓦的影响比表层损伤明显严重,可能导致防热瓦底层结构的温度过高而产生严重后果.本文在讨论相应的损伤监测的测点布置原则后建议对防热系统进行多层次的温度监测.     

高效防热隔热涂层应用研究

对超音速飞行器在350℃－400℃之间的热防护问题进行了研究。理论分析和试验结果表明以环氧有机硅树脂为基料、以氢氧化铝和硼酸等无机物质为填料的低温挥发散热隔热涂层是一种理想的中温区防热隔热材料。     

低密度高温烧蚀防热涂层的研究

研究了低容重膨胀蛭石的制备、空心Al2O3-Si O2微球的表面改性和低密度烧蚀涂料的组成。以有机硅环氧树脂和酚醛树脂为成膜物,获得了密度达到了0.4~0.6g/cm3的低密度烧蚀涂层。对低密度烧蚀涂层进行力学、热力学、氧乙炔烧蚀性能的测试实验,结果为附着力在2.97~4.63MPa之间,导热系数不超过0.1kcal/(m·h·℃),线烧蚀率不超过0.30mm/s,质量烧蚀率在0.11~0.18mm/s之间。表明烧蚀涂层在密度得到大幅降低的同时,仍然保持了优良的理化和烧蚀性能。     

耐烧蚀防热隔热涂层的研制

根据某大型固体火箭发动机的飞行工作特性,在研究涂层的防热隔热机理的基础上,采用环氧改性有机硅树脂为基体树脂,加入耐温梯度分解混合填料及添加剂等制备了一种外防热涂层,并通过L9(33)正交实验确定了无机混合填料组分多聚磷酸铵、氢氧化铝和硼酸的最佳用量分别为4份、6份、3份.最后确定的涂层最佳配方试验结果:线烧蚀率为0.116 mm/s,热导率为0.28 W/(m·K),密度为1.28 g/cm3,附着力为11.84 MPa,表明该涂层具有良好的防热隔热性能且综合性能优良,满足了该固体火箭发动机的外部防热需求.     

一种防热涂层的应用工艺

防热涂层对小型高速战术导弹结构实现先进设计和防热性能十分重要,而应用工艺直接关系到

其防热效能。本文通过对表面处理、底层涂料、填料分散、喷涂干燥等工艺的研究,使防热涂层附着力、防热性

能以及环境适应性均满足使用要求,最终确定了一种可靠的施工工艺方案。

     

硅橡胶基防热涂层高温压缩行为

为研究硅橡胶基防热涂层高温下的力学性能,针对两种硅橡胶基防热涂层开展高温压缩试验,对其截面的宏观及微观形貌进行分析,并结合高温下的热失重分析,探讨了其高温压缩强度变化规律及机理。研究结果表明:甲基苯基硅橡胶涂层高温热解温度区间主要为500～650℃,最终质量残余率为67.61%,其高温压缩强度在25～800℃呈增加趋势,由于玻璃小球的软化及树脂基体的热解,导致在400及700℃两个温度点的压缩强度降低,但在800℃由于玻璃小球与涂层中填料、烧蚀产物等发生共融,使涂层力学性能显著增加。甲基乙烯基硅橡胶涂层的高温热解温度区间主要为450～800℃,最终质量残余率为89.95%,由于甲基乙烯基硅橡胶涂层在高温热解后产生的陶瓷相,弥补了树脂裂解所带来的强度下降,因此在25～800℃其高温压缩强度较为稳定,并未产生明显衰减。影响硅橡胶基防热涂层高温力学性能的因素主要包括树脂基体的热解以及填料在高温下发生的物理-化学变化。     

新型防热涂层热导率的参数辩识

成功的利用参数辨识的灵敏度法对防热涂层材料的热导率进行了参数估计.利用不同状态试验结果辨识的材料热导率对同类涂层材料是相同的或者接近相同,表明辨识的结果是可信的.把辨识的结果用于涂层材料热防护性能预测,与试验结果相符.     

防热涂层材料热防护性能预测

预测防热涂层热防护性能有三个技术关键：即描述三层结构热响应守恒方程的建立，三层结构热物理性能的确定以及防热涂层表面边界条件的建立，本文用租糙度测量仪测量了表面形貌，表面等高面和表面粗糙度曲线，为建立防热涂层热防护性能的物理模型提供依据。利用参数辨识灵敏度法对防热涂层材料导热系数进行参数估计，取得了有用的结果。分析不同工艺的表面烧蚀特性，建立了三种表面边界条件。本文讨论了涂层材料在加热过程中出现的三层结构的吸热机理，建立不同层反映不同功能的守恒方程。给出了防热涂层热防护性能预测与试验结果的比较，比较的结果是满意的。     

固体发动机有机烧蚀防热涂层的研究

直径、开口较大的固体发动机燃烧室热防护大多采用橡胶基绝热层、但对长细比较大,特别是开口甚小的金屈壳体工艺上却难以实施。 为了寻找具有良好的防热效果,同时工艺又简便易行的发动机内防热材料。我们开展了以环氧树脂为粘合剂、Al_2O_3·3H_2O为阻燃剂,添加石英粉、Cr_2O_3等耐高温、低导热性能无机填料组成的防热涂层的试验研究。 通过试片试验与发动机地面考核试验,证明该防热涂层也是固发燃烧室一种较为适宜的烧蚀防热材料,它具有不受被保护产品几何形状的限制。可采取喷涂、滚涂、刮涂、刷涂等优点,烧蚀率远小于橡胶基绝热层,尤其适用工作时间在30s左右的战术型号发动机燃烧室热防护。     

生产航天飞机防热瓦用间歇烧结炉的制造技术

航天飞机的表面贴有两万多片陶瓷防热瓦。在航天飞机完成每次飞行任务之后通常要更换其中的许多防热瓦。要更换的理由是脆弱的防热瓦在航天飞机的飞行中很可能被损坏,以及在瓦内或瓦的附近测得的数据要求更换。 过去,防热瓦一直是洛克威尔公司在加利福尼亚州生产的,使用洛克希德导弹及宇航公司生产的玻璃纤维坯料。为了给航天飞机热防护系统的维修、更换更快地提供新瓦,NASA     

陶瓷涂层中心

快速发展陶瓷涂层业务的斯奈克玛/MTU 合资公司陶瓷涂层中心是 A380飞机的 GP7000发动机的唯一涂层生产厂家。     

新型耐烧蚀防热涂层在飞行器局部防热中的应用北大核心CSCD

本文针对一种新型耐烧蚀防热涂层在飞行器翼面局部防热中的应用进行研究。通过有限元分析方法对局部温度场及热应力变形情况的影响进行研究;同时对该新型防热涂层的抗剪切性能进行试验考核及微观形貌分析。研究表明:防热涂层的使用能够使飞行器翼面局部部位温度降低,减小材料变形,有效提高了材料的使用强度。通过发动机烧蚀试验考核,0.5 mm防热涂层的应用,能够在试样表面温度达到1006℃的情况下,背面温度降到147℃,烧蚀后表面形貌良好。该项研究为该防热涂层在飞行器局部防热的使用提供了参考。     

某固体发动机壳体外防热涂层研究

介绍某固体发动机壳体外防热涂层的研究情况。通过各种基体材料的选择研究 ,确定所研制涂料由有机硅改性环氧树脂室温固化体系与耐热和隔热功能填料组成 ;溶剂为丙酮和二甲苯的混合物。涂层的拉伸强度≮ 7MPa ;伸长率≮ 1 % ;热导率为 0 .2 2 1W/ (m·K) ,比热容为 1 .72× 1 0 3J/ (kg·K) ,密度为 1 .2 5 6g/cm3;并具有较高的耐热性、隔热性和良好的附着力     

可重复使用飞行器用低密度烧蚀防热涂层研究

通过简便、高效的方法合成了硅氮化合物,以此为固化剂,分别完成了轻量化组元和烧蚀维形组元研究,最终获得了热稳定性优异、高温下尺寸稳定性高、抗烧蚀性能好的可重复使用飞行器用低密度防热涂层。结果表明,该防热涂层经过有限次静态烧蚀,密度、质量保留率均趋于稳定,力学性能能够满足使用需求。涂层经过高达10次石英灯烧蚀考核,防隔热性能无下降;经过5次风洞烧蚀考核,防热涂层抗烧蚀、防隔热性能无下降,进一步证明该种防热涂层经过有限次重复使用,仍能够对飞行器起到良好的热防护作用。