[发明专利]航天飞机隔热瓦的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天飞机隔热瓦的制备方法，隔热瓦主要用于航天飞机的隔热以及其他 航天、航空、导弹等飞行器隔热防护领域，属于特种技术领域。

背景技术

制造航天飞机的主要材料是铝，离1649摄氏度的耐温要求差得很远，因此必须给它加 一个隔热层。早期的航天项目，宇宙飞船上加的是可融隔热层，这种隔热层因融化而将热量 消耗掉，它给宇宙飞船提供了有效的保护，缺点是它是一次性的，不能重复使用。航天飞机 需要重复使用，装备一种新的可重复使用的隔热层十分必要。这种新材料隔热层必须具有密 度低、导热系数低、耐高温、强度高、以及高隔热效率的特点，现有材料存在的问题是：密 度较低的隔热材料，抗压、抗拉强度低，或者直接就是柔性材料。强度高的材料存在着密度 大、隔热效率低的缺点，对视重量为生命的航空、航天飞行器来说，飞行器越轻越好，所以 说隔热材料必须具有低密度同时也要有高强度。

国外，美国新型航天飞机热保护系统(TPS)主要是由贴在航天飞机腹部的几千甚至上 万块隔热瓦构成的，由于隔热瓦体积的80-90％是空气，所以它的重量极轻，拿在手上就像 拿了一块塑料泡沫似的，最高可耐1260摄氏度的高温，同时具有一定的强度，美国、俄罗 斯对这种材料一直进行着不断的研究改进中。由于这种材料军事应用价值巨大，所以其制造 方法等被严格保密，我国对这种材料的研究从70年代开始，一直在不断的探索进行中，近 期取得了巨大的进展，已经获得了批量应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航天飞机隔热瓦的制备方法，能够制造耐高温、高强度、低 密度、低导热和隔热效果好的隔热瓦。

本发明所述的航天飞机隔热瓦的制备方法，包括基体配料、成型、烧成和实施涂层，基 体配料重量组成为：熔融石英玻璃纤维50～95％、氧化铝纤维5～50％、氮化硼0～5％和 基体助剂0～3％。

其中：

基体助剂为硅溶胶与甲基纤维素按照重量比1∶(0.5～1.5)的混合物；

熔融石英玻璃纤维直径为1～10μm，SiO₂重量含量≥95％；

氧化铝纤维直径为3～20μm，Al₂O₃重量含量≥80％。

首先将熔融石英玻璃纤维和氧化铝纤维球磨粉碎，再加入氮化硼和助剂搅拌分散，经过 抽滤成型后在1100～1400℃的高温下烧成制成基体毛坯。

毛坯可以耐温最高达1700℃，可在600-1200℃长期使用，密度低，为0.20～0.40g/cm³， 导热系数低，最低可达0.046w/m·k，强度高，抗压≥2MPa，抗拉≥0.5Mpa。

再准备涂层材料：

涂层配料重量组成为：合成硼硅玻璃粉50～80％、β-锂霞石5～30％、石英粉0～5 ％、四硼化硅0～20％、黑色颜料0～10％和涂层助剂1～3％，其中，涂层助剂由聚乙二醇 和磷酸三丁酯混合而成，重量混合比例为2∶(0.5～2)。

其中：

合成硼硅玻璃粉是通过氧化硼和二氧化硅按重量比1∶(2～20)经过高温1000～1200 ℃熔融合成；

锂霞石是通过碳酸锂、氧化铝以及二氧化硅按照摩尔比1∶1∶(2～5)经过1100～1400 ℃高温合成；

黑色颜料为钴黑颜料或无钴黑颜料。

实施涂层：

清理基体毛坯，将涂层配料合成硼硅玻璃粉、β-锂霞石、石英粉、四硼化硅和黑色颜 料，经过球磨研磨分散，再加水和涂层助剂调成料浆，可喷涂或者刷涂在基体毛坯上制成涂 膜，干燥后经1100～1400℃的高温烧结制得隔热瓦产品。

涂层耐高温性能好，可在1200℃以下长期使用，具有低膨胀性能，膨胀系数在1～10 ×10^-6mm/mm·K之间，结合匹配性能好，高辐射，辐射系数为0.05～0.95，防水性能好(≯ 0.3％)，而且表面光洁平整。

实验证明，本发明航天飞机隔热瓦的制备方法，能够制造耐高温、高强度、低密度、低 导热和隔热效果好的隔热瓦，还可制备出各种形状规格的其它型件产品，用于航天飞机以及 高速飞行器表面隔热，也可广泛用于要求耐高温、低密度、低导热、高强度、高效隔热的航 天、航空、导弹等飞行器中隔热防护中。

具体实施方式