[发明专利]一种基于树脂基碳泡沫的隔热瓦及其制备方法

说明书

本发明公布一种基于树脂基碳泡沫的隔热瓦及其制备方法。所述隔热瓦的结构包括隔热层、外面板、密封板、底面板；所述隔热层具备隔热功能；所述外面板起到表面增强的作用，保护内部结构免受气流冲蚀以及表面冲击损伤，所述密封板与所述底面板是一层致密的耐高温薄板，共同紧密包裹所述隔热层，阻挡氧气进入，避免碳泡沫氧化；所述底面板与主结构连接。本发明的隔热层，具备与隔热陶瓷相近的密度和热导率，但模量和强度更高，长期使用温度也更高；通过设计所述外面板、密封板与底面板，解决了树脂基碳泡沫易氧化的问题，增加了隔热瓦的刚度、强度和抗冲击性能；树脂基碳泡沫的造价低廉，可以大量生产，使得隔热瓦的应用成本较低，应用面更广。

技术领域

本发明涉及热防护领域，具体的涉及一种基于树脂基碳泡沫的隔热瓦及其制备方法，所述隔热瓦为轻质耐高温可重复使用的隔热瓦。

背景技术

近20年来，树脂基碳泡沫成为轻质耐高温隔热材料制备技术和应用开发研究方面的热点之一。当前国内树脂基碳泡沫密度为0.10-0.25g/cm³，常温热导率0.05W/(m·K)，2000℃下热导率小于1W/(m·K)，杨氏模量100-250MPa，压缩强度0.10-2MPa，密封无氧条件下能在2400℃的环境中分子结构保持稳定。相比于高性能陶瓷隔热材料，树脂基碳泡沫具备与其相近的密度和热导率，但具有更高的模量和强度，耐受更高温度。因此，树脂基碳泡沫在航空航天的应用具有很大的潜力，比如用于气动热严重的飞行器结构、发动机进气道和尾喷管等的热防护层。树脂基碳泡沫的成本比陶瓷、硅气凝胶等高性能隔热材料低，在民用领域也有很大应用前景。

树脂基碳泡沫存在氧化问题，在有氧环境中400℃开始氧化，所以，树脂基碳泡沫在实际使用中通常须要进行抗氧化处理。传统的抗氧化处理包括气相沉积和表面涂层两种工艺，气相沉积工艺抗氧化效果较差，而且会显著增加材料热导率，严重削弱材料隔热性能；表面涂层容易脱落或损坏，难以长期使用。

树脂基碳泡沫在应用中还存在表面保护问题。树脂基碳泡沫为多孔结构，表面容易损伤且不光滑，在高速气流中易被侵蚀，因此，须要设计一种与树脂基碳泡沫匹配的防护面板。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明以树脂基碳泡沫为隔热材料，设计了与之匹配的抗氧化封装结构和防护面板，合成后的结构作为隔热瓦，具有隔热效果好、重量轻、耐高温、耐冲蚀、可重复使用的特点，可以替代传统陶瓷瓦应用在高超声速飞行器或者空天往返器上，同时，也为其它需要高温隔热的应用提供一种可靠的解决方案。

本发明采用的技术方案是：

一种基于树脂基碳泡沫的隔热瓦，所述隔热瓦包括隔热层1、外面板2、密封板3、底面板4。所述隔热层1具备隔热功能，所述外面板2起到表面增强的作用，保护内部结构免受气流冲蚀以及表面冲击损伤。所述密封板3与所述底面板4共同紧密包裹所述隔热层1，阻挡氧气进入，避免碳泡沫氧化。所述外面板2覆盖于密封板3上。

所述密封板3与所述底面板4分别都是一层致密的耐高温的薄板。优选地所述的高温是指温度≤1400℃。优选地所述的薄板厚度大于0且小于等于5mm。

所述底面板4与主结构5连接，当所述隔热瓦工作环境温度大于600℃时，连接方式选择胶黏剂连接，当所述隔热瓦工作环境温度小于600℃时，尤其是低于400℃时，除胶黏剂连接外，还可以在所述隔热瓦上打孔，用机械连接，比如膨胀螺栓等。所述隔热瓦可以根据实际需求设计成任何形状，任何符合上述结构形式的隔热瓦都在本发明保护范围内。

所述隔热层1由树脂基碳泡沫制成，须满足以下性能要求：密度0.10-0.25g/cm³，常温热导率0.05W/(m·K)，2000℃下热导率小于1W/(m·K)，杨氏模量100-250MPa，压缩强度0.10-10MPa。