RU164403U1 - SCHEME OF HEAT PROTECTIVE COATING BASED ON GRADIENT POROUS CARBON-CERAMIC COMPOSITE MATERIAL - Google Patents

SCHEME OF HEAT PROTECTIVE COATING BASED ON GRADIENT POROUS CARBON-CERAMIC COMPOSITE MATERIAL Download PDF

Info

Publication number
RU164403U1
RU164403U1 RU2015157111/05U RU2015157111U RU164403U1 RU 164403 U1 RU164403 U1 RU 164403U1 RU 2015157111/05 U RU2015157111/05 U RU 2015157111/05U RU 2015157111 U RU2015157111 U RU 2015157111U RU 164403 U1 RU164403 U1 RU 164403U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon
layer
composite material
ceramic composite
woven
Prior art date
Application number
RU2015157111/05U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Акимович Богачёв
Константин Валерьевич Михайловский
Павел Викторович Просунцов
Сергей Васильевич Резник
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2015157111/05U priority Critical patent/RU164403U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU164403U1 publication Critical patent/RU164403U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

1. Теплозащитное покрытие, характеризующееся составом из слоев тканого и нетканого углеродного каркаса и матрицы, содержащей углеродную и карбидокремниевую составляющие, и относящееся к покрытиям из существенно анизотропных материалов с разными по уровню физико-механическими и теплофизическими характеристиками как слоев, так и по толщине материала, а именно имеющее схему, состоящую из пяти последовательно расположенных слоев: первый наружный (фронтальный) слой из углерод-керамического композиционного материала (УККМ) на основе тканого углеродного каркаса с остаточной пористостью менее 5% и толщиной от 3 до 5 мм для обеспечения термостойкости и окислительной стойкости, второй слой под первым слоем толщиной не менее 5 мм из углерод-керамического композиционного материала на основе нетканого углеродного каркаса с остаточной пористостью не менее 18%, третий слой под вторым слоем толщиной не менее 5 мм из углерод-керамического композиционного материала на основе нетканого углеродного каркаса с остаточной пористостью не менее 22%, четвертый слой под третьим слоем толщиной не менее 5 мм из углерод-керамического композиционного материала на основе нетканого углеродного каркаса с остаточной пористостью не менее 38%, пятый слой под четвертым слоем толщиной не менее 5 мм из углерод-керамического композиционного материала на основе нетканого углеродного каркаса с остаточной пористостью не менее 48%, при этом теплозащитное покрытие многократно, а именно не менее 10 циклов продолжительностью каждого цикла не менее 5 мин работоспособно при тепловых нагрузках до температур 2000 К в окислительной среде.2. Теплозащитное покрытие по п. 1, характеризующееся 1. Heat-resistant coating, characterized by a composition of layers of a woven and non-woven carbon skeleton and a matrix containing carbon and silicon carbide components, and related to coatings of substantially anisotropic materials with different physical-mechanical and thermal characteristics of both layers and the thickness of the material, namely, having a scheme consisting of five successive layers: the first outer (frontal) layer of carbon-ceramic composite material (UKKM) based on fabric o carbon skeleton with a residual porosity of less than 5% and a thickness of 3 to 5 mm to provide heat and oxidation resistance, the second layer under the first layer of at least 5 mm thick of a carbon-ceramic composite material based on a non-woven carbon skeleton with a residual porosity of at least 18 %, the third layer under the second layer with a thickness of at least 5 mm from a carbon-ceramic composite material based on a non-woven carbon frame with a residual porosity of at least 22%, the fourth layer under the third layer with a thickness of not less than 5 mm from a carbon-ceramic composite material based on a non-woven carbon frame with a residual porosity of at least 38%, the fifth layer under the fourth layer of a thickness of at least 5 mm from a carbon-ceramic composite material based on a non-woven carbon frame with a residual porosity of at least 48% At the same time, the heat-shielding coating is multiple, namely at least 10 cycles with a duration of each cycle of at least 5 minutes, is operable under thermal loads up to temperatures of 2000 K in an oxidizing environment. 2. Thermal insulation coating according to claim 1, characterized

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к теплозащитным композиционным покрытиям, которые могут быть использованы в авиационной и ракетно-космической технике.The utility model relates to heat-shielding composite coatings that can be used in aviation and rocket and space technology.

Уровень техникиState of the art

Известен ряд патентов на теплозащитные покрытия для защиты аэрокосмических летательных аппаратов, а именно: RU 2497783, RU 2482146.A number of patents are known for thermal protection coatings for the protection of aerospace aircraft, namely: RU 2497783, RU 2482146.

Однако, все эти покрытия слабо коррелируют с предлагаемой полезной моделью.However, all these coatings are weakly correlated with the proposed utility model.

Известна авторская статья «Прогнозирование теплофизических и термомеханических характеристик пористых углерод-керамических композиционных материалов тепловой защиты аэрокосмических летательных аппаратов», опубликованная Инженерно-физическом журнале, 2015, ТОМ 88, №3 (МАЙ-ИЮНЬ), в рамках соглашения о предоставлении субсидии №14.577.21.0099 между Министерством образования и науки Российской Федерации и МГТУ им. Н.Э. Баумана, где представлены результаты исследований теплофизических и термомеханических характеристик пористых углерод-керамических композиционных материалов (УККМ) тепловой защиты аэрокосмических летательных аппаратов.The author’s article “Prediction of the thermophysical and thermomechanical characteristics of porous carbon-ceramic composite materials for the thermal protection of aerospace aircraft” is published, published by the Engineering Physics Journal, 2015, Volume 88, No. 3 (MAY-JUN), under the agreement on the provision of subsidy No. 14.577. 21.0099 between the Ministry of Education and Science of the Russian Federation and MSTU. N.E. Bauman, where the results of studies of the thermophysical and thermomechanical characteristics of porous carbon-ceramic composite materials (UKKM) of thermal protection of aerospace aircraft are presented.

Однако в этой статье не представлены конкретные результаты в виде описания многослойной схемы теплозащитного покрытия на основе градиентного пористого УККМ..However, this article does not present specific results in the form of a description of a multilayer heat-protective coating scheme based on a gradient porous UKKM.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Неабляционное (неуносимое) термостойкое теплозащитное покрытие с максимальной рабочей температурой в окислительной среде до 2000 К состоит из слоев тканого и нетканого углеродного каркаса и матрицы, содержащей углеродную и карбидокремниевую составляющие, и относится к покрытиям из существенно анизотропных материалов с разными по уровню физико-механическими и теплофизическими характеристиками как слоев, так и по толщине материала. Предлагается покрытие, состоящее из пяти последовательно расположенных слоев: первый наружный (фронтальный) слой из углерод-керамического композиционного материала (УККМ) на основе тканого углеродного каркаса с остаточной пористостью менее 5% и толщиной от 3 до 5 мм для обеспечения термостойкости и окислительной стойкости, второй слой под первым слоем толщиной не менее 5 мм из углерод-керамического композиционного материала на основе нетканого углеродного каркаса с остаточной пористостью не менее 18%, третий слой под вторым слоем толщиной не менее 5 мм из углерод-керамического композиционного материала на основе нетканого углеродного каркаса с остаточной пористостью не менее 22%, четвертый слой под третьим слоем толщиной не менее 5 мм из углерод-керамического композиционного материала на основе нетканого углеродного каркаса с остаточной пористостью не менее 38%, пятый слой под четвертым слоем толщиной не менее 5 мм из углерод-керамического композиционного материала на основе нетканого углеродного каркаса с остаточной пористостью не менее 48%. Теплозащитное покрытие сохраняет свою работоспособность при по крайне мере 10 циклах нагружения с продолжительностью каждого цикла не более 5 минут в окислительной среде при температуре 2000 К.A non-ablative (insufferable) heat-resistant heat-resistant coating with a maximum working temperature in an oxidizing environment up to 2000 K consists of layers of a woven and non-woven carbon skeleton and a matrix containing carbon and silicon carbide components, and refers to coatings of substantially anisotropic materials with physico-mechanical and thermophysical characteristics of both layers and the thickness of the material. A coating is proposed consisting of five layers arranged in series: the first outer (frontal) layer of carbon-ceramic composite material (UKKM) based on a woven carbon frame with a residual porosity of less than 5% and a thickness of 3 to 5 mm to provide heat and oxidation resistance, the second layer under the first layer of at least 5 mm thick of a carbon-ceramic composite material based on a non-woven carbon frame with a residual porosity of at least 18%, the third layer under the second layer is at least 5 mm from a carbon-ceramic composite material based on a non-woven carbon frame with a residual porosity of at least 22%, the fourth layer under the third layer of at least 5 mm thick from a carbon-ceramic composite material based on a non-woven carbon frame with a residual porosity of at least 38 %, the fifth layer under the fourth layer is at least 5 mm thick of a carbon-ceramic composite material based on a non-woven carbon frame with a residual porosity of at least 48%. The heat-shielding coating maintains its operability with at least 10 loading cycles with a duration of each cycle of not more than 5 minutes in an oxidizing medium at a temperature of 2000 K.

В качестве наполнителя для теплозащитного материала на основе градиентного пористого УККМ могут использоваться углеродные волокна из искусственного целлюлозного волокна, углеродные волокна из ПАН-волокна и углеродные волокна из пека.As a filler for a heat-protective material based on a gradient porous UKKM, carbon fibers from artificial cellulose fiber, carbon fibers from PAN fiber and carbon fibers from pitch can be used.

Перечень фигурList of figures

Фиг. 1 - Фотография микроструктуры слоя УККМ.FIG. 1 - Photograph of the microstructure of the UKKM layer.

Фиг. 2 - Геометрическая модель представительного элемента микроструктуры УККМ на основе углеродной ткани полотняного плетения с остаточной пористостью 20%.FIG. 2 - A geometric model of a representative microstructure element of UKKM based on carbon fabric of plain weaving with a residual porosity of 20%.

Фиг. 3 - Геометрические модели представительного элемента микроструктуры УККМ на основе нетканого каркаса с остаточной пористостью 20 (а), 25 (б), 40 (в) и 50% (г)FIG. 3 - Geometric models of a representative element of the microstructure of UKKM based on a non-woven frame with a residual porosity of 20 (a), 25 (b), 40 (c) and 50% (g)

Фиг. 4 - Изменение коэффициентов теплопроводности УККМ на основе нетканого каркаса в зависимости от его остаточной пористости вдоль осей X и Y в плоскости армирования и вдоль оси Z в направлении, перпендикулярном плоскости армированияFIG. 4 - Change in thermal conductivity coefficients of UKKM on the basis of a non-woven frame depending on its residual porosity along the X and Y axes in the reinforcement plane and along the Z axis in the direction perpendicular to the reinforcement plane

Фиг. 5 - Изменение коэффициентов линейного термического расширения (КЛТР) УККМ на основе нетканого каркаса в зависимости от его остаточной пористости вдоль осей X и Y в плоскости армирования и вдоль оси Z в направлении, перпендикулярном плоскости армирования.FIG. 5 - Change in linear thermal expansion coefficients (CTE) of a UKKM based on a nonwoven carcass depending on its residual porosity along the X and Y axes in the reinforcement plane and along the Z axis in the direction perpendicular to the reinforcement plane.

Фиг. 6 - Перепад температур по толщине экспериментальных образцов из УККМ при действии эксплуатационных нагрузок, К.FIG. 6 - Temperature difference across the thickness of the experimental samples from UKKM under the action of operational loads, K.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

В соответствии с техническим заданием на прикладные научные исследования (ПНИ) в рамках соглашения о предоставлении субсидии №14.577.21.0099 между Министерством образования и науки Российской Федерации и МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве экспериментальных образцов теплозащитных покрытий из слоев пористых и градиентных термостойких УККМ рассматривались:In accordance with the terms of reference for applied research (PNI) under the agreement on the provision of subsidies No. 14.577.21.0099 between the Ministry of Education and Science of the Russian Federation and MSTU. N.E. Bauman as experimental samples of heat-protective coatings from layers of porous and gradient heat-resistant UKKM were considered:

- плоские образцы размером 50×50 мм и толщиной 5 мм;- flat samples measuring 50 × 50 mm and a thickness of 5 mm;

- цилиндрические образцы диаметром 70 мм и высотой 70 мм.- cylindrical samples with a diameter of 70 mm and a height of 70 mm.

В качестве образцов элементов конструкций покрытий из пористых и градиентных термостойких УККМ рассматривались:As samples of structural elements of coatings made of porous and gradient heat-resistant UKKM were considered:

- элементы конструкций конической формы диаметром 100 мм и высотой 200 мм;- structural elements of conical shape with a diameter of 100 mm and a height of 200 mm;

- элементы конструкций цилиндрической формы диаметром до 100 мм и высотой до 200 мм.- structural elements of cylindrical shape with a diameter of up to 100 mm and a height of up to 200 mm.

На фиг. 1, 2, 3 представлены соответственно: фотография микроструктуры слоя УККМ; геометрическая модель представительного элемента микроструктуры УККМ на основе углеродной ткани полотняного плетения с остаточной пористостью 20%; а также геометрические модели представительного элемента микроструктуры УККМ на основе нетканого каркаса с остаточной пористостью 20 (а), 25 (б), 40 (в) и 50% (г). Геометрические модели использовались в ходе компьютерного моделирования термо-механических процессов в образцах покрытий с целью оценки теплофизических и термомеханических характеристик УККМ. В качестве наполнителя для теплозащитного материала на основе градиентного пористого УККМ могут использоваться углеродные волокна из искусственного целлюлозного волокна, углеродные волокна из ПАН-волокна и углеродные волокна из пека.In FIG. 1, 2, 3 are presented respectively: photograph of the microstructure of the UKKM layer; a geometric model of a representative microstructure element of UKKM based on carbon fabric of plain weaving with a residual porosity of 20%; as well as geometric models of a representative element of the UKKM microstructure based on a non-woven frame with a residual porosity of 20 (a), 25 (b), 40 (c) and 50% (d). Geometric models were used in the computer simulation of thermomechanical processes in coating samples in order to evaluate the thermophysical and thermomechanical characteristics of UKKM. As a filler for a heat-protective material based on a gradient porous UKKM, carbon fibers from artificial cellulose fiber, carbon fibers from PAN fiber and carbon fibers from pitch can be used.

На основе параметрического моделирования были получены расчетные данные по теплофизическим и термомеханическим характеристикам УККМ на основе тканого и нетканого армирующего каркаса в зависимости от остаточной пористости, которые представлены в таблице 1, 2 и на фиг. 4, 5.Based on parametric modeling, calculated data were obtained on the thermophysical and thermomechanical characteristics of UKKM based on a woven and non-woven reinforcing frame depending on the residual porosity, which are presented in Table 1, 2 and in FIG. 4, 5.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

На фиг. 4 представлены расчетные данные по изменению коэффициентов теплопроводности УККМ на основе нетканого каркаса в зависимости от остаточной пористости (оси X, Y - в плоскости армирования, ось Z - перпендикулярно плоскости армирования), а на фиг. 5 - расчетные данные по изменению КЛТР УККМ на основе нетканого каркаса в зависимости от остаточной пористости (оси X, Y - в плоскости армирования, ось Z - перпендикулярно плоскости армирования), К-1 In FIG. Figure 4 shows the calculated data on the change in the thermal conductivity coefficients of a UKKM based on a nonwoven carcass depending on the residual porosity (the X, Y axes are in the reinforcement plane, the Z axis is perpendicular to the reinforcement plane), and in FIG. 5 - calculated data on the change in the CTE of the UKKM based on the non-woven frame depending on the residual porosity (X, Y axis in the reinforcement plane, Z axis perpendicular to the reinforcement plane), K -1

Полученные результаты позволили оценить взаимосвязь теплофизических и термомеханических характеристик, плотности УККМ от остаточной пористости. На основе расчетных данных по параметрическому анализу была проведена оценка распределения температур в экспериментальных образцах и опытных образцах элементов конструкций для обеспечения минимальной температуры на тыльной поверхности и массы градиентной теплозащиты.The results obtained made it possible to evaluate the relationship between thermophysical and thermomechanical characteristics, the UKKM density and the residual porosity. Based on the calculated data on the parametric analysis, the temperature distribution in the experimental samples and prototypes of structural elements was estimated to ensure the minimum temperature on the back surface and the mass of the gradient thermal protection.

Для расчета распределения температур в образцах и образцах элементов конструкций, расчета напряженно-деформированного состояния с различным типом структуры УККМ использовался метод математического моделирования - метод конечных элементов. На основе геометрических моделей были построены конечно-элементные модели, причем, для получения сетчато-независимых решений проводился расчет на сетках с разной степенью дискретности элементов.To calculate the temperature distribution in the samples and samples of structural elements, to calculate the stress-strain state with a different type of UKKM structure, we used the method of mathematical modeling - the finite element method. On the basis of geometric models finite element models were constructed, and, to obtain mesh-independent solutions, calculations were performed on grids with varying degrees of element discreteness.

На фиг.6 представлены графики градиентов температур по толщине экспериментальных образцов из УККМ при действии эксплуатационных нагрузок, К.Figure 6 presents graphs of temperature gradients along the thickness of the experimental samples from UKKM under the action of operational loads, K.

Для оценки массовой эффективности вместе с теплоизолирующей способностью проводилось сравнение массы экспериментальных образцов из разных типов УККМ. Были получены следующие значения по массе экспериментальных образцов:To assess the mass efficiency, together with the heat-insulating ability, we compared the mass of experimental samples from different types of CCM. The following values were obtained by weight of the experimental samples:

- УККМ на основе тканого каркаса без остаточной пористости: 0,0227 кг;- UKKM on the basis of a woven frame without residual porosity: 0.0227 kg;

- УККМ на основе тканого каркаса с остаточной пористостью: 0,0205 кг;- UKKM based on a woven frame with residual porosity: 0.0205 kg;

- УККМ на основе нетканого каркаса с остаточной пористостью 20%: 0,0192 кг;- UKKM based on a non-woven frame with a residual porosity of 20%: 0.0192 kg;

- УККМ на основе нетканого каркаса с остаточной пористостью 25%: 0,0173 кг;- UKKM on the basis of a nonwoven frame with a residual porosity of 25%: 0.0173 kg;

- УККМ на основе нетканого каркаса с остаточной пористостью 40%: 0,0151 кг;- UKKM on the basis of a non-woven frame with a residual porosity of 40%: 0.0151 kg;

- УККМ на основе нетканого каркаса с остаточной пористостью 50%: 0,0142 кг.- UKKM on the basis of a nonwoven frame with a residual porosity of 50%: 0.0142 kg.

Результаты позволили выявить закономерности влияния типа УККМ на теплоизоляционные свойства и массовую эффективность экспериментальных образцов. Определено, что наименьшую массу и наибольшую теплоизоляционную способность обеспечивает УККМ на основе нетканого каркаса с остаточной пористостью 50%, однако, данный материал обладает невысокими прочностными характеристиками, в сравнении с УККМ на основе тканого каркаса, который имеет наибольшую плотность. В связи с чем, для рационального и эффективного проектирования систем многоуровневой защиты неохлаждаемых теплонапряженных элементов конструкций ракетно-космической техники из УККМ необходимо осуществлять чередование слоев материала с разной плотностью для создания градиентных структур. Для решения данной задачи было необходимо осуществить моделирование температурного и напряженно-деформированного состояния градиентной структуры, которое позволит оценить вклад каждого слоя, а также влияние различных термических и теплофизических характеристик на общую работоспособность.The results made it possible to identify patterns of influence of the UKKM type on the heat-insulating properties and mass efficiency of experimental samples. It was determined that the smallest mass and the highest thermal insulation ability is provided by UKKM based on a non-woven frame with a residual porosity of 50%, however, this material has low strength characteristics in comparison with UKKM based on a woven frame that has the highest density. In this connection, for the rational and effective design of multilevel protection systems for uncooled heat-stressed structural elements of rocket and space technology from UKKM, it is necessary to alternate layers of material with different densities to create gradient structures. To solve this problem, it was necessary to simulate the temperature and stress-strain state of the gradient structure, which will allow us to evaluate the contribution of each layer, as well as the influence of various thermal and thermophysical characteristics on the overall performance.

Использование наружного слоя на основе тканого углеродного каркаса с остаточной пористостью менее 5% (то есть практически без остаточной пористости) и толщиной от 3 до 5 мм обусловлено необходимостью обеспечения термостойкости и работоспособности градиентного материала при воздействии значительных температурных, силовых и окислительных нагрузок на фронтальную поверхность. Выбор последовательности слоев от сильно пористого до максимально плотного обусловлена технологическими особенностями процесса уплотнения карбидокремниевой матрицей, где в процессе получения слоев покрытия можно управлять зоной осаждения слоев.The use of an outer layer based on a woven carbon skeleton with a residual porosity of less than 5% (i.e., practically without residual porosity) and a thickness of 3 to 5 mm is due to the need to ensure thermal stability and operability of the gradient material when exposed to significant temperature, power and oxidative loads on the front surface. The choice of the sequence of layers from highly porous to as dense is due to the technological features of the process of compaction with a silicon carbide matrix, where in the process of obtaining coating layers, you can control the deposition zone of the layers.

С учетом полученных многочисленных экспериментальных результатов, компьютерного моделирования в экспериментальных образцах пористых и градиентных УККМ распределений температурных полей, температурных перемещений, термонапряжений в различных направлениях и плоскостях, и данных по массе был выбран удовлетворяющий требованиям технического задания вариант комбинации слоев УККМ с тканым и нетканым армирующим каркасом для создания эффективной тепловой защиты объектов ракетно-космической техники, который и представлен в формуле и раскрытии предлагаемой полезной модели. Предлагаемое покрытие должно выдерживать не менее чем 10 циклов теплового нагружения в окислительной среде продолжительностью до 5 минут каждый при уровне температуры 2000 К.Taking into account the numerous experimental results obtained, computer simulation of the distribution of temperature fields, temperature displacements, thermal stresses in different directions and planes, and mass data in experimental samples of porous and gradient UKCMs, and a mass data, an option for combining UKKM layers with a woven and non-woven reinforcing frame was selected to create effective thermal protection of rocket and space technology, which is presented in the formula and The proposed utility model. The proposed coating must withstand at least 10 cycles of thermal loading in an oxidizing environment lasting up to 5 minutes each at a temperature level of 2000 K.

На последующих этапах ПНИ по соглашению №14.577.21.0099 предстоит изготовление опытных образцов данной схемы покрытия и их натурные испытания.At the subsequent stages of the PNI, by agreement No. 14.577.21.0099, the production of prototypes of this coating scheme and their full-scale testing are to be carried out.

Claims (2)

1. Теплозащитное покрытие, характеризующееся составом из слоев тканого и нетканого углеродного каркаса и матрицы, содержащей углеродную и карбидокремниевую составляющие, и относящееся к покрытиям из существенно анизотропных материалов с разными по уровню физико-механическими и теплофизическими характеристиками как слоев, так и по толщине материала, а именно имеющее схему, состоящую из пяти последовательно расположенных слоев: первый наружный (фронтальный) слой из углерод-керамического композиционного материала (УККМ) на основе тканого углеродного каркаса с остаточной пористостью менее 5% и толщиной от 3 до 5 мм для обеспечения термостойкости и окислительной стойкости, второй слой под первым слоем толщиной не менее 5 мм из углерод-керамического композиционного материала на основе нетканого углеродного каркаса с остаточной пористостью не менее 18%, третий слой под вторым слоем толщиной не менее 5 мм из углерод-керамического композиционного материала на основе нетканого углеродного каркаса с остаточной пористостью не менее 22%, четвертый слой под третьим слоем толщиной не менее 5 мм из углерод-керамического композиционного материала на основе нетканого углеродного каркаса с остаточной пористостью не менее 38%, пятый слой под четвертым слоем толщиной не менее 5 мм из углерод-керамического композиционного материала на основе нетканого углеродного каркаса с остаточной пористостью не менее 48%, при этом теплозащитное покрытие многократно, а именно не менее 10 циклов продолжительностью каждого цикла не менее 5 мин работоспособно при тепловых нагрузках до температур 2000 К в окислительной среде.1. Heat-resistant coating, characterized by a composition of layers of a woven and non-woven carbon skeleton and a matrix containing carbon and silicon carbide components, and related to coatings of substantially anisotropic materials with different physical-mechanical and thermal characteristics of both layers and the thickness of the material, namely, having a scheme consisting of five successive layers: the first outer (frontal) layer of carbon-ceramic composite material (UKKM) based on fabric o carbon skeleton with a residual porosity of less than 5% and a thickness of 3 to 5 mm to provide heat and oxidation resistance, the second layer under the first layer of at least 5 mm thick of a carbon-ceramic composite material based on a non-woven carbon skeleton with a residual porosity of at least 18 %, the third layer under the second layer with a thickness of at least 5 mm from a carbon-ceramic composite material based on a non-woven carbon frame with a residual porosity of at least 22%, the fourth layer under the third layer with a thickness of not less than 5 mm from a carbon-ceramic composite material based on a non-woven carbon frame with a residual porosity of at least 38%, the fifth layer under the fourth layer of a thickness of at least 5 mm from a carbon-ceramic composite material based on a non-woven carbon frame with a residual porosity of at least 48% At the same time, the heat-shielding coating is repeatedly, namely at least 10 cycles with a duration of each cycle of at least 5 minutes, operable under thermal loads up to temperatures of 2000 K in an oxidizing environment. 2. Теплозащитное покрытие по п. 1, характеризующееся тем, что в качестве наполнителя для теплозащитного материала на основе градиентного пористого УККМ могут использоваться углеродные волокна из искусственного целлюлозного волокна, углеродные волокна из ПАН-волокна и углеродные волокна из пека.
Figure 00000001
2. The heat-shielding coating according to claim 1, characterized in that carbon fibers from artificial cellulose fiber, carbon fibers from PAN fiber and carbon fibers from pitch can be used as filler for heat-protective material based on gradient porous UKKM.
Figure 00000001
RU2015157111/05U 2015-12-30 2015-12-30 SCHEME OF HEAT PROTECTIVE COATING BASED ON GRADIENT POROUS CARBON-CERAMIC COMPOSITE MATERIAL RU164403U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015157111/05U RU164403U1 (en) 2015-12-30 2015-12-30 SCHEME OF HEAT PROTECTIVE COATING BASED ON GRADIENT POROUS CARBON-CERAMIC COMPOSITE MATERIAL

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015157111/05U RU164403U1 (en) 2015-12-30 2015-12-30 SCHEME OF HEAT PROTECTIVE COATING BASED ON GRADIENT POROUS CARBON-CERAMIC COMPOSITE MATERIAL

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU164403U1 true RU164403U1 (en) 2016-08-27

Family

ID=56893126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015157111/05U RU164403U1 (en) 2015-12-30 2015-12-30 SCHEME OF HEAT PROTECTIVE COATING BASED ON GRADIENT POROUS CARBON-CERAMIC COMPOSITE MATERIAL

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU164403U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU173721U1 (en) * 2016-12-21 2017-09-07 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Scheme of a heat-shielding coating of a reusable heat shield of a descent vehicle for returning from a low Earth orbit
RU175034U1 (en) * 2016-12-21 2017-11-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Scheme of a heat-shielding coating of a reusable heat shield of a descent vehicle for returning after a flight to the moon

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU173721U1 (en) * 2016-12-21 2017-09-07 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Scheme of a heat-shielding coating of a reusable heat shield of a descent vehicle for returning from a low Earth orbit
RU175034U1 (en) * 2016-12-21 2017-11-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Scheme of a heat-shielding coating of a reusable heat shield of a descent vehicle for returning after a flight to the moon

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Singh et al. Thermo-mechanical assessment of full SiC/SiC composite cladding for LWR applications with sensitivity analysis
Rama et al. An X-ray tomography based lattice Boltzmann simulation study on gas diffusion layers of polymer electrolyte fuel cells
Xu et al. Hierarchically modeling the elastic properties of 2D needled carbon/carbon composites
CN109920495A (en) A kind of multi-scale prediction method weaving ceramic matric composite intensity
Liu et al. Numerical study on effective thermal conductivities of plain woven C/SiC composites with considering pores in interlaced woven yarns
Zhou et al. A multi-scale stochastic fracture model for characterizing the tensile behavior of 2D woven composites
Xin et al. Multi-scale thermodynamic analysis method for 2D SiC/SiC composite turbine guide vanes
Shen et al. RVE model with shape and position defects for predicting mechanical properties of 3D braided CVI-SiCf/SiC composites
Cluzel et al. Mechanical behaviour and lifetime modelling of self-healing ceramic-matrix composites subjected to thermomechanical loading in air
Chen et al. Mechanical behaviors of C/SiC pyramidal lattice core sandwich panel under in-plane compression
Gao et al. Fabrication and characterization of three dimensional woven carbon fiber/silica ceramic matrix composites
Sun et al. A comparative study for the thermal conductivities of C/SiC composites with different preform architectures fabricating by flexible oriented woven process
RU164403U1 (en) SCHEME OF HEAT PROTECTIVE COATING BASED ON GRADIENT POROUS CARBON-CERAMIC COMPOSITE MATERIAL
Shi et al. Determination and modeling of bending properties for continuous fiber reinforced C/C-SiC sandwich structure with grid core
Flores et al. Treating matrix nonlinearity in the binary model formulation for 3D ceramic composite structures
Chen et al. Predictions of transverse thermal conductivities for plain weave ceramic matrix composites under in-plane loading
Chen et al. Effect of irradiation swelling on the mechanical properties of unidirectional SiC/SiC composites: A numerical investigation at microstructural level
Shi et al. Piecewise damage model for SiC/SiC composites with multilevel experimental validation
Guan et al. Prediction of permeability for chemical vapor infiltration
Leanos et al. Computational modeling of carbon/carbon composites under thermal shock conditions
Zhang et al. Numerical identification of meso length-effect and full-field edge-effect of 3D braided composites
Yang et al. A micromechanical damage model for oxide/oxide ceramic matrix composites with hierarchical porosity under thermomechanical loading
Niu et al. Elastic modulus prediction of three-dimension-4 directional braided Cf/SiC composite based on double-scale model
RU173721U1 (en) Scheme of a heat-shielding coating of a reusable heat shield of a descent vehicle for returning from a low Earth orbit
Choi et al. Prediction of thermo-poro-elastic properties of porous composites using an expanded unmixing-mixing model

Legal Events

Date Code Title Description
PD9K Change of name of utility model owner
PC91 Official registration of the transfer of exclusive right (utility model)

Effective date: 20190513

MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20191231