熱防護用仿毛細血管叢自愈合材料的研究.pdf

1、航天器重復使用是降低天地往返運輸系統(tǒng)的運輸費用的有效途徑,是未來航天領域技術發(fā)展的必然趨勢?？仗爝\載器以高超聲速返回再入大氣層時,氣動加熱會使其表面達到極高的溫度。在這種情況下,防熱系統(tǒng)既要保持良好的氣動外形,又要能長期重復使用,維護方便,所以其技術難度是相當大的。因此可重復使用空天運載器的熱防護問題是決定空天運載器技術計劃能否成功的關鍵之一。
　　 本論文在注重空天飛行器防熱材料的輕質(zhì)、強韌的同時,針對空天飛行器的具體要求,提

2、出以Al/Al2O3體系為對象,開展具有相交吸熱、高溫自愈合功能的半主動防熱微觀構(gòu)型仿生探索。設計并制備了Al芯/Al2O3鞘自愈合泡沫陶瓷自愈合構(gòu)型。在國內(nèi)外首次將高分子材料的固液耦合自愈合結(jié)構(gòu)形式引入陶瓷材料。
　　 研究了熱氧化和微弧氧化制備含第二代自愈合材料特征的Al芯/Al2O3鞘自愈合泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)的方法。發(fā)現(xiàn)硝酸鎂和擬薄水鋁石在400℃反應形成尖晶石,這是固態(tài)合成鎂鋁尖晶石最低溫度；采用微弧氧化法可以制得輕質(zhì)高強的A

3、l芯/Al2O3鞘鞘仿生自愈合泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)。通過1000℃以上保溫,Al芯/Al2O3鞘結(jié)構(gòu)上預制裂紋均被Al液直接氧化結(jié)痂所愈合。自愈合由Al液從裂紋內(nèi)部流出和Al液直接氧化成Al2O3陶瓷“痂”兩個動力學過程控制。據(jù)估算,Al芯/Al2O3鞘結(jié)構(gòu)的Al芯具有可以20次以上的自愈合修復能力。
　　 采用此仿毛細血管網(wǎng)絡自愈合泡沫陶瓷結(jié)構(gòu),本研究通過凝膠注模,以及Al/SiC/PCS先驅(qū)體制備含毛細血管網(wǎng)絡自愈合泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)的高

4、溫陶瓷基復合材料塊體。
　　 在使用凝膠注模填充泡沫陶瓷的過程中,分散劑的用量為陶瓷粉體質(zhì)量的0.5wt％,pH為9,球磨時間為4小時得到的陶瓷漿料的流動性最好,粘度為179mPa·s,在此基礎上進行填孔,由于坯體2％的線收縮,導致燒成體的表面存在大量裂紋。在Al/SiC/PCS先驅(qū)體體系中,在Al與PCS的體積比達到60％的時候,Al在轉(zhuǎn)變?yōu)锳lN的過程中的體積膨脹,能夠很好的彌補PCS分解所造的體積收縮,坯體的線收縮率約為零