[發(fā)明專利]一種電子逸出冷卻熱防護(hù)材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211236898.3
• 申請(qǐng)日: 2022-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115504814B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龍東輝;牛波;錢震;李亮;張亞運(yùn);曹宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B41/87
• 分類號(hào): C04B41/87;B64C1/00
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 姚鴻俊

本發(fā)明涉及一種電子逸出冷卻熱防護(hù)材料及其制備方法。該材料以高溫下具有導(dǎo)電特性的耐高溫材料作為基體，以耐高溫、抗氧化、低功函數(shù)的陶瓷作為表面電子逸出材料。制備方法包括以下步驟：將陶瓷粉體、溶劑和粘結(jié)劑混合，通過(guò)真空輔助振蕩速度行星球磨法配制噴涂陶瓷漿料；通過(guò)壓力振蕩噴涂?溫度振蕩干燥?固相反應(yīng)法在基體表面制備致密的陶瓷涂層，獲得具有電子逸出冷卻特性的熱防護(hù)材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備的熱防護(hù)材料具有電子逸出冷卻效應(yīng)，可以在不需要輔助系統(tǒng)的條件下起到主動(dòng)熱防護(hù)的作用，同時(shí)服役過(guò)程中不改變飛行器的氣動(dòng)外形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱防護(hù)材料領(lǐng)域，具體涉及一種電子逸出冷卻熱防護(hù)材料及其制備方法。

背景技術(shù)

高超聲速飛行器的端頭、前緣、翼邊以及迎風(fēng)面是氣動(dòng)加熱最為苛刻的區(qū)域，其中尖銳前緣部分面臨的熱環(huán)境往往高于2000℃，同時(shí)存在較高的氣動(dòng)壓力。在超高溫條件下，飛行器殼體一般采用低燒蝕或零燒蝕材料被動(dòng)熱防護(hù)，主要有難熔金屬、陶瓷基復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料等。

然而，隨著新一代高超聲速飛行器向著遠(yuǎn)距離、寬速域、超機(jī)動(dòng)的目標(biāo)發(fā)展，對(duì)熱防護(hù)體系的要求也愈發(fā)嚴(yán)苛。傳統(tǒng)被動(dòng)防熱材料由于自身材料能量耗散效率低的局限性，難以滿足更高溫度下的長(zhǎng)時(shí)防熱需求。而現(xiàn)有的基于發(fā)汗冷卻效應(yīng)的主動(dòng)冷卻熱防護(hù)系統(tǒng)均需利用冷卻工質(zhì)(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))阻止或帶走氣動(dòng)熱流，需要額外的輔助系統(tǒng)保證冷卻工質(zhì)的供應(yīng)和循環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，且會(huì)引起熱防護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變化，嚴(yán)重限制了其工程應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷中的至少一個(gè)而提供一種電子逸出冷卻熱防護(hù)材料及其制備方法。用于解決傳統(tǒng)主動(dòng)冷卻熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、服役過(guò)程中易引起結(jié)構(gòu)變化的缺點(diǎn)。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種電子逸出冷卻熱防護(hù)材料，該材料以高溫下具有導(dǎo)電特性的耐高溫材料作為基體，以耐高溫、抗氧化、低功函數(shù)的陶瓷作為表面電子逸出材料。電子逸出材料應(yīng)具有耐高溫和抗氧化特性，以保證服役過(guò)程中結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定性，同時(shí)應(yīng)具有較低的功函數(shù)，以保證材料具有較低的電子逸出閾值溫度。選擇高溫下具有導(dǎo)電特性的耐高溫材料作為基體材料，以保證電子可以形成有效的回流通道，避免在結(jié)構(gòu)表面富集，影響電子逸出效率。

進(jìn)一步地，所述的耐高溫材料在1000℃以上的電導(dǎo)率高于1×10^-8S/m。

進(jìn)一步地，所述的基體包括致密C/C復(fù)合材料、C_f/SiC陶瓷基復(fù)合材料、SiC_f/SiC陶瓷基復(fù)合材料、SiC_f/ZrB₂陶瓷基復(fù)合材料或C_f/ZrB₂陶瓷基復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，所述的陶瓷包括CaO·Al₂O₃陶瓷。

進(jìn)一步地，所述的CaO·Al₂O₃陶瓷中CaO和Al₂O₃的摩爾比為(1-2):1。

一種如上所述電子逸出冷卻熱防護(hù)材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

將陶瓷粉體、溶劑和粘結(jié)劑混合，通過(guò)真空輔助振蕩速度行星球磨法配制噴涂陶瓷漿料；

通過(guò)壓力振蕩噴涂-溫度振蕩干燥-固相反應(yīng)法在基體表面制備致密的陶瓷涂層，獲得具有電子逸出冷卻特性的熱防護(hù)材料。