CN103727357A - 一种超薄耐高温隔热材料结构 - Google Patents

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Abstract

一种超薄耐高温隔热材料结构，其特征在于由抗烧蚀层，耐高温层，高温隔热层，抗热辐射层4层叠层组成。该超薄隔热材料结构质轻、超薄，减少了航天器负重、增大了可使用面积、降低了能源消耗，具有质轻、高强度、抗氧化性、抗热震性、高温稳定性、优良的耐腐蚀、耐磨损性、可重复使用等优点，整体具备多层热反射和热阻隔层，绝热性能优异，可应用于800～2000℃温度范围内的航天器高温防护。

Description

一种超薄耐高温隔热材料结构
技术领域
本发明涉及一种隔热材料结构，特别是涉及一种超薄耐高温隔热材料结构。
背景技术
航天飞机轨道器进入地球大气层时，因与空气发生猛烈摩擦，在它的底部会产生巨大的热量，导致其底部产生649℃-1260℃的高温，我们迫切需要研制可重复使用的表面隔热材料，这种隔热材料可以经受1260℃或更高的温度，并使轨道器外蒙皮的温度逐渐降至176.7℃，相当于标准的家用火炉温度。为了解决轨道器的防热问题，在底部要胶接一层质轻的隔热材料结构，但是隔热材料厚度过高将会引发诸多的隐患，如隔热结构的开裂和渗水、航天器负重增加、使用面积减少等问题，因而设计一种超薄耐高温隔热材料结构成了当务之急。
申请号为201220050557.2的中国专利中公开了一种超薄型真空隔热保温板，包括高阻隔真空膜和保温芯板，所述高阻隔真空膜封闭形成超真空密封腔，所述保温芯板设置于所述超真空密封腔内；其中所述高阻隔真空膜由若干层同种和不同种复合材料复合制成，所述保温芯板中含有真空活性稳定剂，且所述保温芯板的上下表面上复合有玻璃纤维纸。通过上述方法制成的保温板的导热系数低、具有超高的隔热保温性能；而且结构简单、节能环保，超薄轻质、施工安装方便。
申请号为201110199246.2的中国专利中公开了一种隔热材料以及生产隔热材料的方法，该发明提供一种新型的超薄隔热材料，包括金属层；粘结层涂层喷涂或沉积于所述金属层表面上；隔热层，喷涂或沉积于所述粘结层表面上；其中粘结层与隔热层以网格排布形成在金属层上，且网格的单元格之间留有一定的间隙。该发明在金属层表面形成间隔排布的矩阵结构涂层，便于隔热材料的折叠及切割，有利于运输、储藏及安装，同时折叠或切割隔热材料后不损坏涂层，不影响产品性能。
目前国内对超薄耐高温隔热材料结构研究较少，上述专利中所提到的超薄隔热材料都无法直接作为承力构件，仅仅做到了减小隔热材料的厚度而未能从结构和材料两个方面进行合理的设计将受热件整体进行“瘦身”，并且上述隔热材料均应用于建筑、运输领域，不能适应航空航天领域的飞跃发展对保温隔热结构提出的新要求，2000-3000℃环境中，传统保温材料厚度为20-40cm，1000-2000℃环境中，传统保温材料厚度为10-20cm。因此，探索一种适用于航空航天领域的超薄耐高温隔热材料结构成为现今的一个研究热点。
发明内容
本发明旨在克服现有隔热结构研究的不足，提供了一种超薄耐高温隔热材料结构。该种超薄耐高温隔热材料结构将高性能材料与合理的结构设计相结合，在具备优异保温隔热能力的同时大大减小了受热件整体的厚度，减少航天器负重、增大可使用面积、降低能源消耗，为其在航空航天隔热领域的应用带来可观的效益。
针对上述问题，本发明提供一种超薄耐高温隔热材料结构，其特征在于由抗烧蚀层，耐高温层，高温隔热层，抗热辐射层4层叠层组成。
所述的抗烧蚀层为铂、铑、铱贵金属抗氧化涂层，SiC、HfC、ZrC陶瓷抗氧化涂层，其具有高强度、高熔点、好的化学稳定性、优异的抗氧化性并能有效阻碍C扩散等一系列优异性能，可在1650℃以下较长时间保护C/C复合材料和C/SiC陶瓷基复合材料，贵金属更是具有较高的辐射系数，在温度1800℃时，1μm厚的铱涂层可比得上1mm厚的SiO2和Al2O3涂层，在保证隔热效果的同时大大降低表层厚度，是该超薄隔热材料结构的第一层热反射屏障。
所述的耐高温层为C/C复合材料，C/SiC陶瓷基复合材料。C/C复合材料构成一种炭纤维网结构，而离散区域的炭/炭质在纤维的交叉处粘结在一起，纤维构成相互连通的孔隙，高孔隙率的基体和纤维取向使垂直于纤维层方向上的导热系数低，既有优异的隔热性能，又具有一定的综合力学性能，结构功能一体化，稳定性好，使用寿命长。C/SiC复合材料具有高强度、耐高温、低密度、高断裂性能、抗化学腐蚀、抗热震性能以及优异的抗氧化性能，是该超薄耐高温隔热材料强有力的隔热屏障。
所述的高温隔热层由不锈钢真空封装陶瓷毡组成，导热系数为3-8mW/m·K。不锈钢箔在多层隔热材料内具有反射辐射热和吸热的双重功能，减少热量向内部传播；陶瓷纤维毡是由陶瓷纤维烧结而成的多孔材料，具有高强度、耐高温的特点；将不锈钢箔和陶瓷纤维毡进行抽真空封装，不仅极大地提高了该保温层的强度，还阻断了空气分子的热传导和热辐射，获得了极低的导热系数，在保证隔热效果的同时对所需保温层厚度要求大大降低，它是该超薄隔热材料结构的第三层热反射、热阻隔屏障。
所述的抗热辐射层由玻纤布与铝箔干法复合而成，导热系数为30-60mW/m·K，层数为1-10层。铝箔具有良好的反射系数，玻纤布抗拉强度高，将玻纤布与铝箔在热压状态下粘合成复合膜并多层铺贴形成多层反射层，不但能够进一步减少透过该层的热量，而且能够加强该层的力学性能，它是该超薄隔热材料结构的第四层热反射屏障。
所述的超薄隔热材料结构可以用于800～2000℃温度范围内的航天器高温防护。
本发明的主要优点是：①该超薄隔热材料结构质轻、超薄，减少了航天器负重、增大了可使用面积、降低了能源消耗；②经多层热反射和热阻隔，整体绝热性能优异；③具有高强度、抗氧化性、抗热震性；④具有高温稳定性、优良的耐腐蚀、耐磨损性能；⑤达到同样的隔热效果，所需的厚度是传统材料的1/5～1/2。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，其中10为抗烧蚀层，20为耐高温层，30为高温隔热层，40为抗热辐射层。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
一种超薄耐高温隔热材料结构，包括抗烧蚀层，耐高温层，高温隔热层，抗热辐射层4层叠层组成。抗烧蚀层为铱涂层；耐高温层是C/C复合材料；高温隔热层由不锈钢真空封装陶瓷纤维毡组成，该层导热系数为6mW/m·K；抗热辐射层由玻纤布与铝箔干法复合而成，层数为5层，该层导热系数为48mW/m·K；可以用于1400℃温度范围内的航天器高温防护。
实施例2
一种超薄耐高温隔热材料结构，包括抗烧蚀层，耐高温层，高温隔热层，抗热辐射层4层叠层组成。抗烧蚀层为铂涂层；耐高温层是C/SiC陶瓷基复合材料；高温隔热层由不锈钢真空封装陶瓷纤维毡组成，该层导热系数为3mW/m·K；抗热辐射层由玻纤布与铝箔干法复合而成，层数为10层，该层导热系数为30mW/m·K可以用于1850℃温度范围内的航天器高温防护。
上述仅为本发明的两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种超薄耐高温隔热材料结构，其特征在于由抗烧蚀层，耐高温层，高温隔热层，抗热辐射层4层叠层组成。
2.根据权利要求1所述的隔热材料结构，其特征在于所述的抗烧蚀层为铂、铑、铱贵金属抗氧化涂层，SiC、HfC、ZrC陶瓷抗氧化涂层。
3.根据权利要求1所述的隔热材料结构，其特征在于所述的耐高温层为C/C复合材料，C/SiC陶瓷基复合材料。
4.根据权利要求1所述的隔热材料结构，其特征在于所述的高温隔热层由不锈钢真空封装陶瓷毡组成，导热系数为3-8mW/m·K。
5.根据权利要求1所述的隔热材料结构，其特征在于所述的抗热辐射层由玻纤布与铝箔干法复合而成，导热系数为30-60mW/m·K，层数为1-10层。
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