保形烧蚀材料及相关气动热试验

保形烧蚀材料基于酚醛浸碳烧蚀材料而发展,主要为未来火星的进入、下降和着陆系统的防热而研发。本文简要回顾了酚醛浸碳烧蚀材料的发展及运用,对保形烧蚀材料的应用需求进行了介绍,主要描述了保形烧蚀材料的定义、研制过程及相关气动热试验。     

低密度双基体烧蚀防热材料

采用硅基针刺毡作为增强体、先后浸渍无机和有机树脂基体的两次复合工艺,可制成密度＜1.20g/cm3的双基体烧蚀防热材料.通过马弗炉烘烤、石英灯静态隔热、电弧风洞加热三种方式考核材料的剩余强度、抗变形能力、隔热性能和抗冲刷能力.结果表明:该材料在有氧条件下,经马弗炉1 100℃、3000s烘烤,剩余基体还有20wt％,材料仍具有一定强度;石英灯加热至l 200℃,总时长1200s的条件下,25 mm厚的试样最终背温＜120℃;电弧风洞考核显示,材料抗冲刷能力强,880 s时,25 mm厚材料背温仅有71℃.     

几种低密度烧蚀材料热膨胀性能的测试及研究

热膨胀性能是评价低密度烧蚀材料的的重要参数，针对低密度烧蚀材料的一些特殊性，对测试装置进行了改造并研制了大试样线胀系数测试装置，对四种低密度烧蚀材料进行了系统的测试并对材料性能做了一些分析研究工具。     

适用于长时间烧蚀防热的蜂窝增强低密度材料

针对长时间烧蚀防热对防热材料的需求,研制了两种蜂窝增强低密度烧蚀防热材料,采用电弧风
洞加热设备对其防热性能进行了考核,并对其力学及热物理性能进行了研究。结果表明,在两种长时间(1 000
s 左右)热环境的考核下,蜂窝增强低密度材料烧蚀后背面温度均低于200℃,表面碳层均匀、完整,无明显烧蚀
量,显示了优异的隔热性能和良好的抗气流冲刷能力。     

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。     

新型耐烧蚀材料研究

研究了碳布增强新型耐烧蚀树脂聚芳基乙炔（PAA）材料的烧蚀性能和力学性能，并与钡酚醛和硼酚醛进行比较。结果表明，PAA树脂的残碳率高于钡酚醛和硼酚醛树脂，C/PAA材料烧蚀性能优异，氧一乙炔线烧蚀率为0.012mm/s、质量烧蚀率为0.0166g/s，但其力学性能较差。     

环境温湿度对蜂窝增强硅橡胶基低密度烧蚀材料硬度的影响

介绍了环境温湿度以及促进剂用量、酸酐用量对窝增强硅橡胶基低密度烧蚀材料硬度的影响。试验发现蜂窝增强硅橡胶基低密度烧蚀材料硬度沿厚度方向呈规律变化：从外向里材料硬度逐渐降低,室温存放时间长的材料硬度降低的梯度小;密度小的材料硬度降低梯度小;促进剂量多的材料硫化后材料表面硬度大,从外向里硬度降低梯度大。其酸酐用量最佳起来 环氧树脂的３０％（质量分数）。     

酸酐固化剂对硅橡胶低密度烧蚀材料施工期的影响

通过对延长硅橡胶密度烧蚀材料体系施工期的研究，发现酸酐固化剂可以将环氧改性硅橡胶低密度烧蚀材料的施工期延长到24h以上，从而可能实现真空热压罐大面积灌注密度烧蚀材料的成型工艺。通过对固化材料进行红外分析，发现加入酸酐固化剂后并未改变硅橡胶和环氧树脂各自的反应，没有新的反应特征峰出现，说明环氧和硅橡胶之间无反应，只是物理共混，从材料拉伸断面的扫描电镜观察可以证实硅橡胶和环氧树脂以海－岛结构存在。     

涂层材料长时间气动加热实验研究

分两个方面介绍了涂层材料低热流长时间气动加热试验情况.先对涂层材料进行试验筛选,再将性能较好的涂层材料制作成大尺度球锥模型,考核其整体热结构性能及粘接工艺.该试验研究利用了湍流导管试验技术,并将传统的用于高热流、短时间运行的亚声速电弧包罩试验技术拓展到低热流、长时间加热领域,成功进行了小尺度平板模型和大尺度球锥模型的长时间气动加热试验,试验时间达600 s,试验过程中流场参数稳定.试验结果表明,筛选出的涂层材料整体热结构性能及粘接工艺较好.     

低密度烧蚀材料在神舟飞船上的应用

介绍了神舟号系列载人飞船返回舱防热材料的配方设计、成型工艺及性能情况,并与国外相关防热材料进行了对比,包括防热材料的类型、工艺及性能特点等,对返回舱用防热材料的发展进行了总结和展望.     

轻质烧蚀防热材料结构组成对烧蚀形貌的影响

采用石英灯烧蚀试验对研制的一种轻质烧蚀防热材料在不同防热结构下的烧蚀形貌和隔热性能进行了研究.结果表明:不同的防热结构形式,轻质烧蚀防热材料的烧蚀形貌不同,防热结构的纵向温度梯度和面内温度梯度均影响轻质防热材料的烧蚀形貌,温度梯度越小,热量在材料表面积聚越严重,因此表面碳化特征越明显.在不同材料的面内组合状态下,轻质烧...     

低地球轨道环境对材料的影响

综述了原子氧、空间辐射、热循环、高真空、微流星和空间碎片等低地球轨道环境因素对材料性能的影响；从地面模拟实验、材料研制与防护涂层的开发等方面提出了急需解决的问题，为空间站、人造卫星等低轨道航天器用材料的选择与研制提供了依据。