[发明专利]一种铝合金发动机燃烧室复合内绝热层及其制备方法

说明书

一种铝合金发动机燃烧室复合结构内绝热层，所述复合结构内绝热层由陶瓷氧化层、橡胶绝热层以及结合界面层组成，所述橡胶绝热层是以三元乙丙橡胶与氯丁橡胶或丁腈橡胶任意比例混合作为橡胶基体，以玄武岩纤维和硅树脂复合补强形成。本发明中的铝合金发动机燃烧室复合内绝热层结构稳定，弹性较好，在高温高压和粒子冲刷环境中没有出现裂纹、被烧穿的现象，体积稳定不发生较大形变，具有较好的隔热性能，在热流密度为6500kW/m²氧‑乙炔火焰下烧蚀20s，其背面温度145℃左右，达到最高温度的时间为300s以上，线烧蚀率为0.061‑0.088mm/s，抗冲刷性能优异，橡胶绝热层和氧化物陶瓷层之间的结合强度大，二者间的粘结强度为3.6‑4.2MPa。

技术领域

本发明涉及铝合金固体火箭发动机内绝热层领域，具体涉及一种铝合金发动机燃烧室复合内绝热层及其制备方法。

背景技术

为了实现轻量化目标，同时提高固体火箭发动机装药质量比，当前部分固体火箭发动机燃烧室壳体已采用高比强度铝合金等轻量化金属制作。在固体火箭发动机工作时，燃烧室须承受10MPa以上的高压、2000℃以上的高温以及3Ma以上的高速粒子的烧蚀冲刷作用，必须在发动机燃烧室内表面制备内绝热层。在发动机工作时，通过内绝热层自身的不断分解、烧蚀带走大部分热量以减缓燃气的高温向壳体的传播速度，避免燃气直接烧蚀冲刷发动机壳体危及其结构完整性，保证发动机的正常工作。

目前常用的发动机燃烧室内绝热层有碳/酚醛树脂复合材料、三元乙丙橡胶等，其中碳/酚醛复合材料属于硬质绝热层，其具备良好的抗冲刷性能，但隔热性能较低，在发动机长时间工作时难以较好的阻止热量向燃烧室基体传递，可能导致铝合金发动机燃烧室基体温度过高，出现烧穿现象，同时其弹性较差，在高温高压和粒子冲刷工作环境下，容易出现裂纹而被烧穿；三元乙丙橡胶具备良好的隔热性能，但抗冲刷性能较差，且由于其非极性表面特性导致其与金属粘接性能较差，在固体火箭发动机工作时容易发生绝热层脱粘现象，导致发动机工作可靠性下降。所以对铝合金发动机燃烧室内绝热层粘接强度、阻燃性能、隔热性能、抗烧蚀、抗冲刷性能提出了更高的要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种铝合金发动机燃烧室复合结构内绝热层，在使用过程中具有优异的绝热性能和结构稳定性。

本发明另一目的在于提供上述铝合金发动机燃烧室复合结构内绝热层的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种铝合金发动机燃烧室复合结构内绝热层，其特征在于：所述复合结构内绝热层由氧化物陶瓷层、橡胶绝热层以及结合界面层组成，所述橡胶绝热层是以三元乙丙橡胶与氯丁橡胶或丁腈橡胶任意比例混合作为橡胶基体，以玄武岩纤维和硅树脂复合补强形成。

进一步，按照质量份数计，所述橡胶基体为75分-135份、玄武岩纤维为5-25份，硅树脂为8-26份。

进一步，所述橡胶绝热层中还包含补强剂、有机纤维、增塑剂、偶联剂、硫化剂、防老剂和促进剂。

进一步，上述有机纤维长度为2-10mm、玄武岩纤维长度为1-3mm，二者共混比例为1:1-10。

进一步，按照质量份数计，补强剂为10-32份、有机纤维为2-22份、增塑剂为8-26份、偶联剂为1-5份、硫化剂为1-3份、防老剂为0.5-1.5份、促进剂为1-2份。

进一步，上述硅树脂为含碳碳双键基团的多面体低聚倍半硅氧烷中的一种或两种混合。

进一步，上述补强剂为N330或N550中的一种，或者具有补强作用的硅酸盐类的一种。

上述复合结构绝热层的制备方法，其特征在于：依次包括玄武岩纤维的改性，炼胶、制备橡胶复合绝热筒、制备氧化陶瓷层和涂胶复合；所述制备橡胶复合绝热筒是将橡胶基体塑炼后，与补强剂、有机纤维、改性后的玄武岩纤维、硅树脂、增塑剂、硫化剂、防老剂、促进剂及偶联剂混炼成生胶，裁剪后进行硫化处理。