[发明专利]一种基于陶瓷瓦的可重复使用防隔热结构及其制备方法

说明书

本发明属于防隔热材料技术领域，公开了一种基于陶瓷瓦的可重复使用防隔热结构及其制备方法。所述防隔热结构包括隔热层和防热层，隔热层为陶瓷瓦，防热层由陶瓷化树脂浸胶液和纤维布制成，隔热层与防热层之间通过陶瓷化胶黏剂粘接，粘接后隔热层、防热层和胶黏剂共固化成型，形成连续纤维增强陶瓷化复合材料。本发明防隔热结构兼具轻质高强、抗冲击、耐高温、可重复使用的性能，同时易于制备，能够满足未来高超飞行器对防隔热材料提出的高可靠性、快速安装的应用需求。

技术领域

本发明属于防隔热材料技术领域，具体涉及一种基于陶瓷瓦的可重复使用防隔热结构及其制备方法。

背景技术

防隔热材料是保障高超声速飞行器安全服役的基础。当前，新一代高超声速飞行器的“可重复使用”、“高可靠性”、“高热防护效率”以及“低成本制备”等综合要求对传统防隔热材料提出严峻的挑战。陶瓷隔热瓦具有重量轻、热导率低、耐高温与能够可重复使用等优点，已成功应用于航天飞机的迎风面等热防护区域。但是，陶瓷瓦为刚性多孔材料，脆性大、抗冲击性能较差。而且，陶瓷瓦自身不耐冲刷，大多都需要在其表面施加涂层，才能使陶瓷瓦具备抗冲刷、耐烧蚀的性能，而涂层在重复使用过程中又容易脱落。这些问题极大地限制了陶瓷瓦在可重复高超声速飞行器防隔热系统中的应用。

自陶瓷隔热瓦应用于美国航天飞机以来，研究人员致力于从材料和结构等方面对可重复使用热防护材料/结构进行改进。专利CN111499414A公开了一种轻质高强度耐冲刷陶瓷防隔热一体化结构及制备方法，其基体结构隔热层是多孔纤维陶瓷瓦，防热层是具有抗氧化性的难熔金属硅化物涂层，但由于其防热层仍属于涂层范畴，所以不具备可重复使用的特点。专利CN108455978A公开了一种表面韧化的氧化铝纤维刚性隔热瓦多层复合材料、涂层组合物、制备方法及其应用，该刚性隔热瓦多层复合材料包括多孔氧化铝纤维基体、氧化铝致密陶瓷层、氧化物热障涂层和玻璃涂层，其中表面韧化的氧化铝致密陶瓷层为含有陶瓷粉体的溶胶，但其结构复杂，增加了大面积制备的难度。

可重复使用防隔热结构制备工艺复杂、制备条件苛刻，也是需要改进的方向之一。以薄壳式防隔热结构为例，隔热层为陶瓷瓦，防热层为C/C、C/SiC薄壳，C/C、C/SiC等材料制备周期长、制备过程需要气氛保护，C/C、C/SiC薄壳与陶瓷瓦的连接装配工艺复杂。专利CN108505400A公开了一种纤维湿法成型方法及一种空天飞机隔热瓦结构，该发明陶瓷瓦表面增强方法为通过施压成型提高表面处陶瓷短切纤维密度，这种基于纤维湿法成型在陶瓷瓦表面沉积纤维的做法，只适用于构建平面模型，在曲面异形件上难以保证力学稳定性。

综上所述，目前基于陶瓷瓦的可重复使用防隔热结构及制备工艺仍然存在一定的改进空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种基于陶瓷瓦的可重复使用防隔热结构及其制备方法，该防隔热结构兼具轻质高强、抗冲击、耐高温、可重复使用的性能，同时易于制备，能够满足未来高超飞行器对防隔热材料提出的高可靠性、快速安装的应用需求。

为解决本发明所提出的技术问题，本发明提供一种基于陶瓷瓦的可重复使用防隔热结构，包括隔热层和防热层，隔热层为陶瓷瓦，防热层由陶瓷化树脂浸胶液和纤维布制成，隔热层与防热层之间通过陶瓷化胶黏剂粘接，粘接后隔热层、胶黏剂和防热层共固化成型，形成连续纤维增强陶瓷化复合材料。

上述方案中，所述隔热层的厚度为20～23mm，密度为0.3～0.6g/cm³。

上述方案中，所述隔热层的压缩强度≥1.0MPa，室温热导率≤0.06W/(m·K)，1200℃热导率≤0.14W/(m·K)。

上述方案中，所述防热层的厚度为0.5～2mm，密度为1.4～2.1g/cm³。

上述方案中，所述纤维布为石英纤维布，面密度为0.2～0.5g/cm³。