一种耐高温烧蚀的柔性热防护涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种耐高温烧蚀的柔性热防护涂层，所述柔性热防护涂层的组分包括涂层基质、空心超高温陶瓷微纳米粉体、空心氧化物陶瓷微纳米粉体以及补强助剂，所述涂层基质、空心超高温陶瓷微纳米粉体、空心氧化物陶瓷微纳米粉体以及补强助剂的质量比为1：0.1～0.3：0.2～0.6：0.01～0.1。该柔性热防护涂层具有较好的耐高温烧蚀能力，能够满足1200

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温烧蚀的柔性热防护涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于航天材料
尤其涉及一种耐高温烧蚀的柔性热防护涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]纵观国内外最新航天器的发展现状，航天复合材料总体发展趋势是耐高温、轻量化、柔性化、低成本和多功能化，而材料微结构设计、材料体系和制备方法创新发展将在未来航天材料的发展中发挥不可或缺的主导作用。
[0003]尤其是面对充气式减速再入航天器(IRDT)等新型柔性体航天器，传统的刚性热防护材料及结构已不能适用于航天器的应用，亟须开展面向超高温再入环境服役的柔性热防护材料及技术。目前充气式减速再入航天器的柔性热防护系统虽然具有1200℃及以下再入温度稳定服役的性能要求，但面对现阶段的任务需求及1200
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1600℃的服役环境，存在400℃左右的服役温度不足，亟须开展新型防护材料及结构来补充性能缺口。开展超高温烧蚀防护柔性涂层研究并复合于柔性体陶瓷纤维织物表面，形成新型超高温环境服役柔性热防护系统的研究是有意义的。
[0004]航天器再入大气层过程中隔防热是航天器设计中的关键技术,包括烧蚀防热、辐射防热、隔热等技术。其中烧蚀隔热就是利用表面烧蚀材料在烧蚀过程中的热解吸热、热解气体的质量引射效应以及表面碳层的再辐射等一系列物理化学反应带走大量的热来保护构件。其优点是防热效率高,工作可靠,随外部热流变化的适应性强等,广泛用于各种航天器的高热流部位的热防护，同时烧蚀防护可以以柔性涂层的形式防护再入端面，起到超高温热防护的效果。
[0005]因此亟须针对航天器再入大气层环境条件，开展超高温烧蚀防护柔性涂层研发，以克服上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一个目的在于提供一种耐高温烧蚀的柔性热防护涂层，该柔性热防护涂层具有较好的耐高温烧蚀能力，线烧蚀率较低，具有低密度、低热导率、低残余应力的特点。
[0007]本专利技术的第二个目的在于提供一种耐高温烧蚀的柔性热防护涂层的制备方法，该制备方法操作简单，成本较低，所制备的柔性热防护涂层与基体结合强度较好，应用范围较广，可应用于大尺寸、复杂曲面结构件的防护中。
[0008]本专利技术的第三个目的在于提供一种包含上述柔性热防护涂层在作为航天器防护涂层方面的应用。将该柔性热防护涂层涂于航天器外表面，能够满足1200
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1600℃下50～200s的高温烧蚀。
[0009]为达到第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0010]本专利技术提供一种耐高温烧蚀的柔性热防护涂层，所述柔性热防护涂层的组分包括
涂层基质、空心超高温陶瓷微纳米粉体、空心氧化物陶瓷微纳米粉体以及补强助剂，所述涂层基质、空心超高温陶瓷微纳米粉体、空心氧化物陶瓷微纳米粉体以及补强助剂的质量比为1：0.1～0.3：0.2～0.6：0.01～0.1。
[0011]本专利技术提供的柔性热防护涂层对航天器再入大气层的特殊环境条件进行了针对性设计，通过制备工艺中原料的选择和配方的限定，实现对柔性热防护涂层性能的优化，提高了柔性热防护涂层的力学性能和阻氧能力，使该柔性热防护涂层具有更好的耐高温烧蚀能力，延长了其服役寿命，并且代替了传统工艺中采用刚性烧蚀材料及烧蚀涂层，在陶瓷纤维织物表面形成有效的烧蚀防护，并能够与变构型航天器一起折叠收纳，减小了飞行器发射体积及发射重量。同时本专利技术的柔性热防护涂层具有轻量化及耐受超高温服役的特点，区别于传统1000℃以下服役的轻质热防护涂层具有超高温段稳定服役的显著特征。
[0012]进一步，所述空心超高温陶瓷微纳米粉体的孔隙率为5～45％，所述空心氧化物陶瓷微纳米粉体的孔隙率为10～50％。
[0013]进一步，所述补强助剂包括短切陶瓷纤维和/或增强相。短切陶瓷纤维主要是提高其热稳定性，增强相主要是提高其力学性能，在柔性热防护涂层制备中限定涂层基质与补强助剂的质量比为1：0.01～0.1，即短切陶瓷纤维和增强相之和占涂层基质的1％～10％，并且在本申请中未对短切陶瓷纤维和增强相的比例关系进行限定，只要保证补强助剂在限定的范围值以内即可，本领域技术人员可以理解的是补强助剂可以只含有短切陶瓷纤维或增强相中的一种。
[0014]进一步，所述短切陶瓷纤维包括氧化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维、碳化硅纤维、玄武岩纤维或石英纤维中的一种或多种，通过添加短切陶瓷纤维有助于提升涂层在航天器再入过程中抵抗超高温热流冲刷的能力。
[0015]进一步，所述增强相包括木屑、铁红、炭黑、云母、羟基硅油或玻璃粉中的一种或多种，通过添加增强相有助于延长涂层的抗烧蚀时间。
[0016]进一步，所述涂层基质为硅橡胶，所述硅橡胶包括黏度为6000～7000cp的甲基乙烯基硅橡胶或甲基苯基硅橡胶中的一种。
[0017]本申请中甲基乙烯基硅橡胶采用硅氢加成方式固化，其中，乙烯基含量为0.035
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0.055mol/100g，甲基苯基硅橡胶采用硅羟基与硅烷偶联剂在有机锡催化下脱醇固化，其中，苯基含量为5
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10％。
[0018]进一步，所述空心超高温陶瓷微纳米粉体的原料包括但不限于硼化锆、碳化硅、碳化铪、氧化锆或氧化钽中的一种或多种。
[0019]本申请的技术方案中空心超高温陶瓷微纳米粉体作为填料添加到硅橡胶基体中，主要为柔性热防护涂层提高抗烧蚀能力，同时有利于涂层轻量化的实现和热导率降低，降低了涂层密度。
[0020]进一步，所述空心氧化物陶瓷微纳米粉体的原料包括但不限于氧化硅、氧化铝、莫来石、氧化硼或玄武岩中的一种或多种。
[0021]本申请的技术方案中空心氧化物陶瓷微纳米粉体作为填料添加到硅橡胶基体中，主要为柔性热防护涂层提高耐高温能力，同时提升涂层在航天器再入过程中的自刚化能力，在再入过程中刚度的提升将有利于热防护系统的可靠性提升。
[0022]本专利技术提供的陶瓷微纳米粉体原料即硼化锆、碳化硅、碳化铪、氧化锆、氧化钽、氧
化硅、氧化铝、莫来石、氧化硼以及玄武岩均为市售产品，均可以通过商业渠道购买获得，纯度≥99.9％，粒度0.5
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5μm。
[0023]为达到第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0024]本专利技术提供一种耐高温烧蚀的柔性热防护涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0025](1)选取空心超高温陶瓷的原料和空心氧化物陶瓷的原料，分别与粘结剂通过湿法球磨进行混合，喷雾干燥后，得空心超高温陶瓷微纳米团聚粉体和空心氧化物陶瓷微纳米团聚粉体，然后进行感应等离子球化或等离子烧结得到空心超高温陶瓷微纳米粉体和空心氧化物陶瓷微纳米粉体，真空干燥后待用；
[0026](2)按配方将涂层基质、空心超高温陶瓷微纳米粉体、空心氧化物陶瓷微纳米粉体以及补强助剂进行混合，得耐高温烧蚀的涂层浆料；
[0027](3)将所述涂层浆料利用刷涂或喷涂的方式，在基体表面制备总厚度为0.2～5mm的耐高温烧蚀的柔性热防护涂层，然后放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温烧蚀的柔性热防护涂层，其特征在于，所述柔性热防护涂层的组分包括涂层基质、空心超高温陶瓷微纳米粉体、空心氧化物陶瓷微纳米粉体以及补强助剂，所述涂层基质、空心超高温陶瓷微纳米粉体、空心氧化物陶瓷微纳米粉体以及补强助剂的质量比为1：0.1～0.3：0.2～0.6：0.01～0.1。2.根据权利要求1所述的柔性热防护涂层，其特征在于，所述空心超高温陶瓷微纳米粉体的孔隙率为5％
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45％，所述空心氧化物陶瓷微纳米粉体的孔隙率为10％
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50％。3.根据权利要求1所述的柔性热防护涂层，其特征在于，所述补强助剂包括短切陶瓷纤维和/或增强相；优选地，所述短切陶瓷纤维包括氧化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维、碳化硅纤维、玄武岩纤维或石英纤维中的一种或多种；所述增强相包括木屑、铁红、炭黑、云母、羟基硅油或玻璃粉中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的柔性热防护涂层，其特征在于，所述涂层基质为硅橡胶；优选地，所述硅橡胶包括黏度为6000～7000cp的甲基乙烯基硅橡胶或甲基苯基硅橡胶中的一种。5.根据权利要求1所述的柔性热防护涂层，其特征在于，所述空心超高温陶瓷微纳米粉体的原料包括硼化锆、碳化硅、碳化铪、氧化锆或氧化钽中的一种或多种；优选地，所述空心氧化物陶瓷微纳米粉体的原料包括氧化硅、氧化铝、莫来石、氧化硼或玄武岩中的一种或多种。6.一种如权利要求1～5任一所述的柔性热防护涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)选取空心超高温陶瓷的原料和空心氧化物陶瓷的原料，分别与粘结剂通过湿法球磨进行混合，喷雾干燥后，得空心超高温陶瓷微纳米团聚粉体和空心氧化物陶瓷微纳米团聚粉体，然后进行感应等离子球化或等离子烧结得到空心超高温陶瓷微纳米粉体和空心氧化物陶瓷微纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：张贺，
申请(专利权)人：航天科工空间工程发展有限公司，
类型：发明
国别省市：