[發明專利]一種碳纖維增強的耐高溫高強度輕質混雜陶瓷-樹脂復合材料管件

有效

• 申請號: 201710483096.5
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107143704B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 陳照峰;葉信立
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F16L9/127
• 分類號: F16L9/127
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種碳纖維增強的耐高溫高強度輕質混雜陶瓷?樹脂復合材料管件，以陶瓷基復合材料為外殼，樹脂基復合材料為內殼，外殼、內殼互相嵌套形成復合結構，內外壁表面光滑，復合材料中陶瓷組分沿管壁厚度方向呈梯度分布，由管件外表面逐漸向里減小，耐溫性能好，能在600℃實現長期應用，相比于傳統鋁合金殼體，導熱系數更低，耐高溫防熱性能更好；樹脂組分沿管壁厚度方向也呈梯度分布，由管件內表面逐漸向外減小，并填充一定數目填料，提高樹脂基材料耐溫性能和抗沖擊性能，使其具有減振抗震特性，兩者一體成型，制備出集耐高溫、防熱、隔熱、承載、減振于一體的輕質混雜陶瓷?樹脂復合材料管件。

技術領域

本發明專利涉及一種混雜陶瓷-樹脂復合材料管件，特別是涉及一種碳纖維增強的耐高溫高強度輕質混雜陶瓷-樹脂復合材料管件，可以在600℃氣動加熱環境下實現長期應用。

技術背景

隨著科學技術不斷進步，現代戰爭呈現出新的特點，空空、空地導彈等精確制導武器不斷更新換代。現在的導彈幾乎能對付所有種類的目標，包括人員、車輛、飛機、艦艇、地下工事和機場，破壞目標的任務主要靠導彈來完成。在以空中襲擊為主要模式的高技術局部戰爭中，精確的“外科手術”式打擊倍受青睞，而機載導彈作為空中“外科手術”的主要實施者在各國國防預算的大力支持下迅速發展，其更新換代的速度遠遠超過了戰斗機等各種武器裝備，其戰術性能指標要求也不斷大幅提升，在減少重量體積、增加射程，提高隨身性能和降低生產維護成本等方面都提出了苛到的要求，最顯著的方面就是要求導彈的速度越來越快，導彈的射程越來越遠。為達到這種要求導彈殼體的各方面性能都需要進行大幅的提升，突出表現在需要導彈殼體具有更好的隔熱性能及更輕的質量。

機載導彈彈體的主要作用是承受發射時沖擊振動載荷和飛行過程中所受外力，以及防止氣動熱的內傳，確保導彈內部儀器設備的正常工作。以高超聲速在稠密大氣層中飛行的彈道導彈為例，導彈周圍的空氣由于受到極強的壓縮和極大的磨擦作用，導彈飛行中的絕大部分動能轉化成為熱能，這使得導彈殼體周圍的空氣溫度迅速升高。一部分熱能受到高溫氣體與頭罩之間巨大的溫度差的驅動從外界快速的向物體表面傳遞，這種現象就是氣動加熱，是在大氣層中以高超聲速飛行的物體會普遍產生的現象。由于彈道導彈攔截技術的不斷發展，在彈道導彈主動段對其進行攔截越來越多的受到各個國家的重視，這就迫使彈道導彈縮短主動段的時間，提高主動段的速度。例如，目前威力最大的俄羅斯SS-18導彈助推段工作時間為300秒，世界上服役導彈中最先進的美國“和平衛士”導彈助推段工作時間是180秒。這樣短的助推段工作時間使得導彈在主動段末端達到極高的馬赫數，由此產生的氣動加熱對導彈殼體的防熱性能提出了嚴峻考驗。具有輕質、比強，剛度高和可設計等特點的復合材料，尤其是開發最早、應用領域最廣泛、抗氧化性能優異、熱機械性能突出的纖維增強碳化硅基復合材料(C/SiC、SiC/SiC)成為了保證和進一步提高機載導彈作戰性能的關鍵。

申請號為201010114714.7的中國發明專利公開了一種帶有PBO纖維防護層的導彈包裝殼體及該防護層的制備方法，導彈包裝外殼由外向內依次由外表層、防護層、保溫層和內飾層四層粘結構成，外表層和內飾層由玻璃鋼或鋁合金制成，防護層由聚合物基PBO纖維復合材料制成，保溫層由網狀鋼骨架內填充聚氨酯泡沫制成，該PBO纖維防護層的制備方法包括：1、按設計制作相應的玻璃鋼模具并清理干凈，并涂上脫模劑；2、在預先處理好的玻璃鋼模具的陽膜上逐層鋪放聚合物基PBO纖維復合材矩形布；3、閉合模具并抽真空；4、向膜腔內注射環氧樹脂膠液；5、固化預成型的聚合物基PBO纖維復合材料防護層；6、按設計要求進行切割和修邊。本發明的優點是聚合物基PBO纖維復合材料防護層基體內充分浸潤樹脂膠液，固化后的防護層結構致密，力學性能強，通過帶有PBO纖維防護層的導彈包裝殼體可防彈速430m/s-450m/s，且生產工藝節省人力，可提高生產效率，不易對施工人員造成傷害。其缺點是外表面還是使用玻璃鋼或鋁合金材料，其表面不能承受較高高溫，不能在高溫環境下長時間使用。

如上述一個專利，為了實現導彈在氣動環境下的應用，多采取鋁合金或鈦合金等外殼材料，但是該傳統材料的防熱隔熱性能較差，抗震減振效果不佳，因此，開發新型管件材料成為現在研究的重點之一。