[發明專利]一種輕質耐燒蝕隔熱一體化結構

在審

• 申請號: 201811441671.6
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109437951A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 葉信立;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 蘇州宏久航空防熱材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/52;C04B35/64;C04B41/85;C04B38/08
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• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種輕質耐燒蝕隔熱一體化結構，由耐燒蝕涂層、高強度面板、中空織物和納米氣凝膠構成，所述耐燒蝕涂層為ZrB₂?MoSi₂復合涂層，通過大氣等離子噴涂技術在高強度面板表面制備；所述高強度面板為碳纖維增強多孔酚醛復合材料，由多孔酚醛樹脂浸漬中空織物表層，經高溫裂解形成；所述中空織物為碳纖維三維中空預制體，碳纖維按照三維正交方式進行編織，所述高強度面板與碳纖維骨架組成工字形結構，且碳纖維組間平行排列；所述的納米氣凝膠為空心碳氣凝膠球，在中空織物孔隙中實現區域填充。本發明采用隔熱一體化結構，可以高溫氣動環境下實現燒蝕維形，且質輕高強，滿足超高聲速飛行器對隔熱防護材料的需求。

技術領域

本發明涉及一種隔熱一體化結構，特別是涉及一種應用于航空航天的輕質耐燒蝕隔熱一體化結構。

背景技術

超高聲速飛行器被看作是航空史上繼發明飛機，突破音障，進入太空之后的又一個里程碑。世界主要國家一直將其作為航空科技的最前沿陣地，并給予全力的支持。美、俄、法、德、日、印度等國家在新世紀以來陸續取得了技術上的突破，并相繼進行了地面和飛行試驗，這表明高超聲速技術已經從概念和原理探索的基礎階段進入了以某種高超聲速飛行器為應用背景的先期技術開發階段，例如美國正在研制的X-51高超聲速巡航導彈、法國航空航天研究院和宇航-馬特拉公司正在開展的“普羅米修斯”計劃、印度正在研制的一種可重復使用的高超聲速巡航導彈系統以及德國的高超聲速導彈。

超高聲速飛行器長期服役的環境為失重、高真空、具有強烈輻射的宇宙空間，大底和側壁等部位的高熱流密度、高焓值和長氣動加熱時間的熱環境，另外，對于某些執行特殊任務的飛行航天器，有時需要重新返回地球或在其他天體上著陸，在再入和著陸過程中需要經歷一系列嚴酷而又復雜的環境，這就要求航天器材料能夠承受復雜的環境條件。通常，航天飛機再入大氣層高度100km時的飛行速度為7800m/s；執行月球任務的飛船，其再入大氣層的速度約為11km/s。在飛行速度很高的情況下，飛行器與大氣劇烈摩擦，飛行器的動能會轉化成空氣的熱能，并且使得周圍空氣的溫度急劇升高，另外加上對流傳熱和微波輻射傳熱的影響，飛行器表面的溫度會迅速升高，高達幾千攝氏度。在如此高的溫度下，高溫空氣中的成分會與飛行器表面的材料發生復雜的化學反應，造成飛行器的表面產生嚴重的熱損傷。如不采取有效的高溫防護措施，飛行器會因為處于極高的溫度而在空中燒毀。

熱防護系統是航空宇航工業之基礎，是服役于高溫極端環境部件所必需的關鍵子系統，如在大氣層中以高馬赫數飛行的超高聲速巡航導彈、戰術滑翔導彈、臨近空間飛行器。表1-1為各國研制的典型飛行器隔熱材料，隨著航空宇航技術的發展，針對行星的不斷探索對高溫燒蝕熱防護材料的研究提出了新的要求。執行火星和月球任務的返回艙等臨近可見飛行器在進入地球大氣層時速度超過12km/s，因此飛行器將承受嚴峻的熱載荷。在這種超聲速飛行條件下，熱防護系統將面臨極高的對流和輻射熱流，燒蝕熱防護材料的使用就變得十分必要。因此，輕質燒蝕維形高效熱防護材料的研發成為航空宇航新材料研究領域的關鍵問題。

申請號為201410667737.9的中國發明專利公開了一種超高溫隔熱復合材料及其制備方法，采用Z-G-Q-Z形式的多層結構，Z為耐高溫纖維織物，G為柔性高溫隔熱層，Q為中低溫隔熱層，多層結構通過耐高溫縫合線縫合成整體，所述的柔性高溫隔熱層為采用耐高溫纖維和紅外阻隔劑通過無機溶膠作為高溫粘結劑濕法成型的纖維氈，所述的中低溫隔熱層為纖維增強的氣凝膠材料。該發明采用柔性高溫隔熱層復合中低溫隔熱層，并在上下表面縫合耐高溫纖維織物，具有耐高溫、高效隔熱和極好的抗振動、抗沖擊性能。