CN117285372A - 一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂及其修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂及修复方法,其特征在于,其组份为包括以下质量百分数的原料:1~3.6%的玻璃纤维、1.5~2.5%的硼酸盐、5~10%的碳化硅、25~35%的环氧树脂、5~15%的硅溶胶、0.1~0.8%的固化剂,其余为有机溶剂。本发明修复后的陶瓷基防热材料依旧具有优异的高温抗氧化性能。本发明可以显著降低修复难度和成本。

Description

一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂及其修复方法
技术领域
本发明属于防热材料修补技术领域,具体涉及一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂及其修复方法。
背景技术
在航空航天领域中飞行器的热防护材料是保证飞行器在特殊的气动热环境下正常工作的一种功能材料,它不仅要使飞行器在气动热环境中免遭受损坏破坏,还要使防护结构保持在指定的工作稳定范围内,使其具有优良的气动性能。
陶瓷基防热材料是耦合了长纤维增强材料和难熔陶瓷基体的特性,具有优异的力学性能、热力学稳定性、耐高温性能和较高断裂韧性的防热材料。目前陶瓷基防热材料主要为C/CSi和CSi/CSi两种材料体系。虽然目前陶瓷基防热材料的断裂韧性有所提升(例如C/CSi防热材料的弯曲强度为450MPa,断裂韧性为20MPa·m1/2。CSi/CSi防热材料的弯曲强度为860MPa,断裂韧性为41.5MPa·m1/2),但是其脆性仍旧相对较大,极易在使用过程中受到损坏。
为了保证飞行器正常飞行,对飞行器陶瓷基防热材料进行修补也是必不可少的。例如在中国专利CN201711246222.1中公开了一种C/SiC陶瓷基复合材料的修复方法,该修复方法是先对陶瓷基材料进行表面处理,然后在真空炉中进行保温处理,再采用等离子喷涂法表面喷涂硅酸钇和莫来石组成的复合涂层,以提高防热材料在高温环境下的抗氧化性能以及修补服役期间造成的机械损伤等。该修复方法虽然能够在一定程度上提高防热材料的抗氧化性能以及对造成的机械损伤进行修补,但是复合涂层与基材之间的结合能力相对较低,尤其是在较高的飞行速度下修复层极易脱落并且均需要在较高的温度下进行修复,存在修复难度大的问题。
发明内容
本发明提供了一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂及其修复方法,用于对陶瓷基防热材料进行现场修复。
一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂,其特征在于,其组份为包括以下质量百分数的原料:
1~3.6%的玻璃纤维、1.5~2.5%的硼酸盐、5~10%的碳化硅、25~35%的环氧树脂、5~15%的硅溶胶、0.1~0.8%的固化剂,其余为有机溶剂。
所述硼酸盐为硼酸钠、硼酸钾中的任意一种。
所述环氧树脂为缩水甘油胺环氧树脂或缩水甘油胺醚环氧树脂。
所述固化剂为环氧树脂固化剂。
所述有机溶剂为石油醚和丙酮混合而成。
所述石油醚和丙酮的质量比为1~5:2~7。
所述的一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂,其特征在于,所述修补剂的组份为包括以下质量百分数的原料还可以是以下范围:
2~3.2%的玻璃纤维、1.8~2.2%的硼酸盐、5~10%的碳化硅、28~35%的环氧树脂、6~15%的硅溶胶、0.3~0.8%的固化剂,其余为石油醚和丙酮混合的有机溶剂;其中,石油醚和丙酮混合的比例为:1~5:2~7。
所述修补剂的组份为包括以下质量百分数的原料还可以是以下范围::
2.5~3.0%的玻璃纤维、1.5~2.5%的硼酸盐、5~10%的碳化硅、30~35%的环氧树脂、8~15%的硅溶胶、0.4~0.6%的固化剂,其余为石油醚和丙酮混合的有机溶剂;其中,石油醚和丙酮混合的比例为:1~5:2~7。
一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂的修复方法,其特征在于,利用权利要求1~8任意一项所述修补剂进行修补,所述修补方法包括以下步骤:
步骤一、将陶瓷基防热材料断口处进行清洗,干燥;
步骤二、将所述修补剂中的原料按比例混合均匀后,均匀涂覆在端口处,用刮板反复碾压,整平;
步骤三、将涂覆修补剂的陶瓷基防热材料进行热处理,所述热处理是将材料先在温度为40~50℃下保温3h~4h,然后升温至70~80℃保温15~30min。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明是利用玻璃纤维、硼酸盐、碳化硅、环氧树脂、硅溶胶、固化剂和有机溶剂制成一种修复剂,利用本发明的修复剂对飞行器陶瓷基防热材料进行修复,能够使得修复剂在较低的温度下固化,同时修复剂与基材结合能力优异,在高速飞行过程中也不易脱落。本发明无需进行高温热处理,降低了处理难度以及修复成本。本发明修补剂能够与基材具有较高的结合力,不易脱落,能够保持防热材料在高温环境下的抗氧化性能。
本发明修复后的陶瓷基防热材料依旧具有优异的高温抗氧化性能。本发明可以显著降低修复难度和成本。
具体实施方式
本发明所述飞行器陶瓷基防热材料用修补剂包括以下质量百分数的原料:
1-3.6%玻璃纤维、1.5-2.5%硼酸盐、5-10%碳化硅、25-35%环氧树脂、5-15%硅溶胶、0.1-0.8%固化剂,其余为有机溶剂。
优选的,所述硼酸盐为硼酸钠、硼酸钾中的任意一种。
优选的,所述环氧树脂为缩水甘油胺环氧树脂或缩水甘油胺醚环氧树脂。
优选的,所述固化剂为环氧树脂固化剂。
优选的,所述有机溶剂为石油醚和丙酮混合而成。
优选的,所述石油醚和丙酮的质量比为1~5:2~7。
本发明还提供了一种飞行器陶瓷基防热材料的修补方法,具体是利用本发明所述修补剂进行修补,所述修补方法包括以下步骤:
S1、将陶瓷基防热材料断口处进行清洗,干燥;
S2、将所述修补剂中的原料按比例混合均匀后,均匀涂覆在端口处,用刮板反复碾压,整平;
S3、将涂覆修补剂的陶瓷基防热材料进行热处理,所述热处理是将材料先在温度为40-50℃下保温3h,然后升温至70-80℃保温15-30min。
下面结合实施例对本发明作进一步说明,以下实施例中环氧树脂固化剂为腰果酚改性酚醛胺固化剂,购买自山东质臻合成新材料有限公司,货号为LS1305,玻璃纤维粉的平均粒径100微米。
实施例1
一种飞行器陶瓷基防热材料用修补剂,由以下质量百分数的原料构成:
3.0%的玻璃纤维粉、2.0%的硼酸钠、8.0%的碳化硅、30%的缩水甘油胺环氧树脂、10%的硅溶胶、0.5%的环氧树脂固化剂,其余为有机溶剂,其中有机溶剂是由质量比为1:7石油醚和丙酮混合而成。
实施例2
一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂,由以下质量百分数的原料构成:
2.5%的玻璃纤维粉、1.5%的硼酸钾、6.5%的碳化硅、35%的缩水甘油胺醚环氧树脂、15%硅溶胶、0.5%的环氧树脂固化剂,其余为有机溶剂,其中有机溶剂是由质量比为5:2石油醚和丙酮混合而成。
将实施例1和实施例2制备的修复剂对飞行器用陶瓷基防热材料进行修复,具体试验如下:
将5mm厚TA15钛合金在表面铆接3.5mm厚的C/SiC陶瓷基复合材料,并制成试样尺寸为100×100mm,分别在表面加工φ15×3mm孔和3mm×3mm×100mm的“十字槽”,再利用本发明上述修补剂进行修补。具体修补方法如下:
S1、将上述孔和十字槽进行清洗,干燥;
S2、将修补剂均匀涂覆在上述孔和十字槽中,用刮板反复碾压,整平;
S3、将涂覆修补剂的防热材料进行热处理,所述热处理是将材料先在温度为50℃下保温3h,然后升温至75℃保温20min。
然后对修复后的防热材料进行检测,具体检测结果如表1所示。
表1
从表1中可以看出,本发明制备修补剂能够在较低的温度下修复防热材料,修补剂在基材中的附着力及粘接性能优异,环境适应性和适用性较好,兼顾耐高温和抗烧蚀性能,可适用于飞行器的防热修补。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂,其特征在于,其组份为包括以下质量百分数的原料:
1~3.6%的玻璃纤维、1.5~2.5%的硼酸盐、5~10%的碳化硅、25~35%的环氧树脂、5~15%的硅溶胶、0.1~0.8%的固化剂,其余为有机溶剂。
2.根据权利要求1所述一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂,其特征在于,所述硼酸盐为硼酸钠、硼酸钾中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂,其特征在于,所述环氧树脂为缩水甘油胺环氧树脂或缩水甘油胺醚环氧树脂。
4.根据权利要求1或2或3所述一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂,其特征在于,所述固化剂为环氧树脂固化剂。
5.根据权利要求1或2或3或4所述一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂,其特征在于,所述有机溶剂为石油醚和丙酮混合而成。
6.根据权利要求5所述的一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂,其特征在于,所述石油醚和丙酮的质量比为1~5:2~7。
7.根据权利要求6所述的一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂,其特征在于,所述修补剂的组份为包括以下质量百分数的原料:
2~3.2%的玻璃纤维、1.8~2.2%的硼酸盐、5~10%的碳化硅、28~35%的环氧树脂、6~15%的硅溶胶、0.3~0.8%的固化剂,其余为石油醚和丙酮混合的有机溶剂;其中,石油醚和丙酮混合的比例为:1~5:2~7。
8.根据权利要求6所述的一种飞行器陶瓷基防热材料用修补剂,其特征在于,所述修补剂的组份为包括以下质量百分数的原料:
2.5~3.0%的玻璃纤维、1.5~2.5%的硼酸盐、5~10%的碳化硅、30~35%的环氧树脂、8~15%的硅溶胶、0.4~0.6%的固化剂,其余为石油醚和丙酮混合的有机溶剂;其中,石油醚和丙酮混合的比例为:1~5:2~7。
9.一种飞行器陶瓷基防热材料用修复剂的修复方法,其特征在于,利用权利要求1~8任意一项所述修补剂进行修补,所述修补方法包括以下步骤:
步骤一、将陶瓷基防热材料断口处进行清洗,干燥;
步骤二、将所述修补剂中的原料按比例混合均匀后,均匀涂覆在端口处,用刮板反复碾压,整平;
步骤三、将涂覆修补剂的陶瓷基防热材料进行热处理,所述热处理是将材料先在温度为40~50℃下保温3h~4h,然后升温至70~80℃保温15~30min。
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