[發(fā)明專利]基于前軀體轉(zhuǎn)化陶瓷的耐高溫防隔熱材料一體化結(jié)構(gòu)及其制作方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN113400734A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 辛玲;王大奎;劉小沖
• 申請（專利權(quán)）人: 北京電子工程總體研究所
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B15/20;B32B3/08
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 鄒歡

本發(fā)明公開了一種基于前軀體轉(zhuǎn)化陶瓷的耐高溫防隔熱材料一體化結(jié)構(gòu)，其包括用于防熱和承力的外層、用于隔熱的中間層，以及作為熱沉結(jié)構(gòu)的內(nèi)層。該結(jié)構(gòu)可耐受極端高溫環(huán)境，具有好的隔熱性能以及力學(xué)性能，可很好的用于高性能飛行器中。本發(fā)明還公開了該一體化結(jié)構(gòu)的制作方法和應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高性能飛行器熱防護(hù)。更具體地，涉及一種基于前軀體轉(zhuǎn)化陶瓷的耐高溫防隔熱材料一體化結(jié)構(gòu)及其制作方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

高超聲速飛行器具有飛行速度高、突防能力強(qiáng)等特點，已經(jīng)成為各軍事強(qiáng)國重點發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域。飛行器在大氣層內(nèi)高速飛行時，氣動加熱非常嚴(yán)酷，高達(dá)幾MW/m²的熱流密度和2000℃及其以上的表面溫度對飛行器外表面的熱防護(hù)系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。熱防護(hù)系統(tǒng)不僅需要耐受極端高溫環(huán)境，而且需要具有良好的隔熱性能和力學(xué)性能以保護(hù)裝備內(nèi)部設(shè)備安全。熱防護(hù)系統(tǒng)的防熱和隔熱功能通常需要不同的材料來完成，這就涉及到不同材料之間的連接與集成問題，而且這個問題一直是高超聲速飛行器設(shè)計需要重點解決的關(guān)鍵問題。

中國專利(公開號：CN 109968757A)公開了一種耐燒蝕輕質(zhì)防熱隔熱一體化復(fù)合材料及其制備方法。提供了一種耐燒蝕輕質(zhì)防隔熱一體化復(fù)合材料，該復(fù)合材料為夾心結(jié)構(gòu)，中間層以短切纖維為增強(qiáng)體，以酚醛樹脂為基體，空心微珠作為隔熱填料，上下表面層采用纖維布預(yù)浸料貼合，三層共固化制備成型。由于該材料內(nèi)部缺少連續(xù)纖維承載，所以其承載能力欠佳。另外這種材料表面和內(nèi)部的溫差極大，容易造成在服役過程中開裂而失去防隔熱功能。

中國專利(公開號：CN 108517102A)公開了一種輕質(zhì)防隔熱復(fù)合材料及其制備方法。該發(fā)明針對短纖維/酚醛樹脂基復(fù)合材料，引入輕質(zhì)有機(jī)纖維和輕質(zhì)填充粒子進(jìn)行輕質(zhì)化改性，制備的酚醛樹脂基輕質(zhì)防隔熱復(fù)合材料適用防隔熱制品的模壓、等靜壓或鋪層成型。同樣該材料的承載性能欠佳，而且該材料的耐熱與隔熱功能皆依靠碳化后的酚醛樹脂來實現(xiàn)，熱導(dǎo)系數(shù)偏高，不能滿足高效隔熱功能。另外，酚醛在高溫容易碳化分層，同時會不斷氧化消耗，不利于飛行器氣動外形的保持。

綜上所述，現(xiàn)有防隔熱材料的主要缺點如下所示：

(1)現(xiàn)有防隔熱材料承載性能欠佳，不能滿足高速度、大機(jī)動高性能飛行器性能需求；

(2)現(xiàn)有防隔熱材料的大多是靠酚醛樹脂在高溫下的碳化來實現(xiàn)耐溫和隔熱，材料的導(dǎo)熱系數(shù)較高，同時影響飛行器的氣動效率；

(3)現(xiàn)有防隔熱材料制備工藝復(fù)雜，難以工程化應(yīng)用。

因此，現(xiàn)有防隔熱材料性能不能滿足高性能飛行器高承載、高防熱、低熱導(dǎo)率的綜合性能需求。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的第一個目的在于提供一種基于前軀體轉(zhuǎn)化陶瓷(PDCs)的防隔熱材料一體化結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可耐受極端高溫環(huán)境，具有好的隔熱性能以及力學(xué)性能，可很好的用于高性能飛行器中。

本發(fā)明的第二個目的在于提供一種基于前軀體轉(zhuǎn)化陶瓷的耐高溫防隔熱材料一體化結(jié)構(gòu)的制作方法。

本發(fā)明的第三個目的在于提供一種基于前軀體轉(zhuǎn)化陶瓷的耐高溫防隔熱材料一體化結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

為達(dá)到上述第一個目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種基于前軀體轉(zhuǎn)化陶瓷的耐高溫防隔熱材料一體化結(jié)構(gòu)，包括用于防熱和承力的外層、用于隔熱的中間層，以及作為熱沉結(jié)構(gòu)的內(nèi)層。

可以理解，該結(jié)構(gòu)中的外層是指該結(jié)構(gòu)與外界接觸的層，內(nèi)層是指該結(jié)構(gòu)與內(nèi)部環(huán)境接觸的層。外層具有承力、耐高溫的效果；中間層具有隔熱的效果；內(nèi)層具有熱沉的效果。

進(jìn)一步地，所述一體化結(jié)構(gòu)還包括粘結(jié)層，所述粘結(jié)層位于所述外層和中間層之間、且所述粘結(jié)層位于所述中間層和內(nèi)層之間。也即，在外層與中間層之間、中間層和內(nèi)層之間均設(shè)置有粘結(jié)層。粘結(jié)層的作用為用來粘結(jié)外層與中間層、中間層和內(nèi)層。