一種超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)，其特征在于由抗燒蝕層，耐高溫層，高溫隔熱層，抗熱輻射層4層疊層組成。該超薄隔熱材料結(jié)構(gòu)質(zhì)輕、超薄，減少了航天器負(fù)重、增大了可使用面積、降低了能源消耗，具有質(zhì)輕、高強度、抗氧化性、抗熱震性、高溫穩(wěn)定性、優(yōu)良的耐腐蝕、耐磨損性、可重復(fù)使用等優(yōu)點，整體具備多層熱反射和熱阻隔層，絕熱性能優(yōu)異，可應(yīng)用于800～2000℃溫度范圍內(nèi)的航天器高溫防護。
【專利說明】一種超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隔熱材料結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]航天飛機軌道器進入地球大氣層時，因與空氣發(fā)生猛烈摩擦，在它的底部會產(chǎn)生巨大的熱量，導(dǎo)致其底部產(chǎn)生649°C-1260°C的高溫，我們迫切需要研制可重復(fù)使用的表面隔熱材料，這種隔熱材料可以經(jīng)受1260°C或更高的溫度，并使軌道器外蒙皮的溫度逐漸降至176.7°C，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)的家用火爐溫度。為了解決軌道器的防熱問題，在底部要膠接一層質(zhì)輕的隔熱材料結(jié)構(gòu)，但是隔熱材料厚度過高將會引發(fā)諸多的隱患，如隔熱結(jié)構(gòu)的開裂和滲水、航天器負(fù)重增加、使用面積減少等問題，因而設(shè)計一種超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)成了當(dāng)務(wù)之急。
[0003]申請?zhí)枮?01220050557.2的中國專利中公開了一種超薄型真空隔熱保溫板，包括高阻隔真空膜和保溫芯板，所述高阻隔真空膜封閉形成超真空密封腔，所述保溫芯板設(shè)置于所述超真空密封腔內(nèi)；其中所述高阻隔真空膜由若干層同種和不同種復(fù)合材料復(fù)合制成，所述保溫芯板中含有真空活性穩(wěn)定劑，且所述保溫芯板的上下表面上復(fù)合有玻璃纖維紙。通過上述方法制成的保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)低、具有超高的隔熱保溫性能；而且結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能環(huán)保，超薄輕質(zhì)、施工安裝方便。
[0004]申請?zhí)枮?01110199246.2的中國專利中公開了一種隔熱材料以及生產(chǎn)隔熱材料的方法，該發(fā)明提供一種新型的超薄隔熱材料，包括金屬層；粘結(jié)層涂層噴涂或沉積于所述金屬層表面上；隔熱層，噴涂或沉積于所述粘結(jié)層表面上；其中粘結(jié)層與隔熱層以網(wǎng)格排布形成在金屬層上，且網(wǎng)格的單元格之間留有一定的間隙。該發(fā)明在金屬層表面形成間隔排布的矩陣結(jié)構(gòu)涂層，便于隔熱材料的折疊及切割，有利于運輸、儲藏及安裝，同時折疊或切割隔熱材料后不損壞涂層，不影響產(chǎn)品性能。
[0005]目前國內(nèi)對超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)研究較少，上述專利中所提到的超薄隔熱材料都無法直接作為承力構(gòu)件，僅僅做到了減小隔熱材料的厚度而未能從結(jié)構(gòu)和材料兩個方面進行合理的設(shè)計將受熱件整體進行“瘦身”，并且上述隔熱材料均應(yīng)用于建筑、運輸領(lǐng)域，不能適應(yīng)航空航天領(lǐng)域的飛躍發(fā)展對保溫隔熱結(jié)構(gòu)提出的新要求，2000-3000°C環(huán)境中，傳統(tǒng)保溫材料厚度為20-40cm，1000-2000°C環(huán)境中，傳統(tǒng)保溫材料厚度為10_20cm。因此，探索一種適用于航空航天領(lǐng)域的超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)成為現(xiàn)今的一個研究熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有隔熱結(jié)構(gòu)研究的不足，提供了一種超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)。該種超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)將高性能材料與合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合，在具備優(yōu)異保溫隔熱能力的同時大大減小了受熱件整體的厚度，減少航天器負(fù)重、增大可使用面積、降低能源消耗，為其在航空航天隔熱領(lǐng)域的應(yīng)用帶來可觀的效益。
[0007]針對上述問題，本發(fā)明提供一種超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)，其特征在于由抗燒蝕層，耐高溫層，高溫隔熱層，抗熱輻射層4層疊層組成。
[0008]所述的抗燒蝕層為鉬、銠、銥貴金屬抗氧化涂層，SiC、HfC、ZrC陶瓷抗氧化涂層，其具有高強度、高熔點、好的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的抗氧化性并能有效阻礙C擴散等一系列優(yōu)異性能，可在1650°C以下較長時間保護C/C復(fù)合材料和C/SiC陶瓷基復(fù)合材料，貴金屬更是具有較高的輻射系數(shù)，在溫度1800°C時，Iym厚的銥涂層可比得上Imm厚的SiO2和Al2O3涂層，在保證隔熱效果的同時大大降低表層厚度，是該超薄隔熱材料結(jié)構(gòu)的第一層熱反射屏障。
[0009]所述的耐高溫層為C/C復(fù)合材料，C/SiC陶瓷基復(fù)合材料。C/C復(fù)合材料構(gòu)成一種炭纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)，而離散區(qū)域的炭/炭質(zhì)在纖維的交叉處粘結(jié)在一起，纖維構(gòu)成相互連通的孔隙，高孔隙率的基體和纖維取向使垂直于纖維層方向上的導(dǎo)熱系數(shù)低，既有優(yōu)異的隔熱性能，又具有一定的綜合力學(xué)性能，結(jié)構(gòu)功能一體化，穩(wěn)定性好，使用壽命長。C/SiC復(fù)合材料具有高強度、耐高溫、低密度、高斷裂性能、抗化學(xué)腐蝕、抗熱震性能以及優(yōu)異的抗氧化性能，是該超薄耐高溫隔熱材料強有力的隔熱屏障。
[0010]所述的高溫隔熱層由不銹鋼真空封裝陶瓷氈組成，導(dǎo)熱系數(shù)為3-8mW/m.K。不銹鋼箔在多層隔熱材料內(nèi)具有反射輻射熱和吸熱的雙重功能，減少熱量向內(nèi)部傳播；陶瓷纖維氈是由陶瓷纖維燒結(jié)而成的多孔材料，具有高強度、耐高溫的特點；將不銹鋼箔和陶瓷纖維氈進行抽真空封裝，不僅極大地提高了該保溫層的強度，還阻斷了空氣分子的熱傳導(dǎo)和熱輻射，獲得了極低的導(dǎo)熱系數(shù)，在保證隔熱效果的同時對所需保溫層厚度要求大大降低，它是該超薄隔熱材料結(jié)構(gòu)的第三層熱反射、熱阻隔屏障。
[0011]所述的抗熱福射層由玻纖布與招箔干法復(fù)合而成，導(dǎo)熱系數(shù)為30_60mW/m.K,層數(shù)為1-10層。鋁箔具有良好的反射系數(shù)，玻纖布抗拉強度高，將玻纖布與鋁箔在熱壓狀態(tài)下粘合成復(fù)合膜并多層鋪貼形成多層反射層，不但能夠進一步減少透過該層的熱量，而且能夠加強該層的力學(xué)性能，它是該超薄隔熱材料結(jié)構(gòu)的第四層熱反射屏障。
[0012]所述的超薄隔熱材料結(jié)構(gòu)可以用于800?2000°C溫度范圍內(nèi)的航天器高溫防護。
[0013]本發(fā)明的主要優(yōu)點是:①該超薄隔熱材料結(jié)構(gòu)質(zhì)輕、超薄，減少了航天器負(fù)重、增大了可使用面積、降低了能源消耗；②經(jīng)多層熱反射和熱阻隔，整體絕熱性能優(yōu)異；③具有高強度、抗氧化性、抗熱震性；④具有高溫穩(wěn)定性、優(yōu)良的耐腐蝕、耐磨損性能；⑤達到同樣的隔熱效果，所需的厚度是傳統(tǒng)材料的1/5?1/2。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，其中10為抗燒蝕層，20為耐高溫層，30為高溫隔熱層，40為抗熱輻射層。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定。
[0016]實施例1
[0017]一種超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)，包括抗燒蝕層，耐高溫層，高溫隔熱層，抗熱輻射層4層疊層組成?？篃g層為銥涂層；耐高溫層是C/C復(fù)合材料；高溫隔熱層由不銹鋼真空封裝陶瓷纖維氈組成，該層導(dǎo)熱系數(shù)為6mW/m.K ;抗熱輻射層由玻纖布與鋁箔干法復(fù)合而成，層數(shù)為5層，該層導(dǎo)熱系數(shù)為48mW/m.K ;可以用于1400°C溫度范圍內(nèi)的航天器高溫防護。
[0018]實施例2
[0019]一種超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)，包括抗燒蝕層，耐高溫層，高溫隔熱層，抗熱輻射層4層疊層組成?？篃g層為鉬涂層；耐高溫層是C/SiC陶瓷基復(fù)合材料；高溫隔熱層由不銹鋼真空封裝陶瓷纖維氈組成，該層導(dǎo)熱系數(shù)為3mW/m.K ;抗熱輻射層由玻纖布與鋁箔干法復(fù)合而成，層數(shù)為10層，該層導(dǎo)熱系數(shù)為30mW/m.K可以用于1850°C溫度范圍內(nèi)的航天器高溫防護。
[0020]上述僅為本發(fā)明的兩個【具體實施方式】，但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護的范圍的行為。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何形式的簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超薄耐高溫隔熱材料結(jié)構(gòu)，其特征在于由抗燒蝕層，耐高溫層，高溫隔熱層，抗熱輻射層4層疊層組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔熱材料結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的抗燒蝕層為鉬、銠、銥貴金屬抗氧化涂層，SiC, HfC, ZrC陶瓷抗氧化涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔熱材料結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的耐高溫層為C/C復(fù)合材料，C/SiC陶瓷基復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔熱材料結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的高溫隔熱層由不銹鋼真空封裝陶瓷氈組成，導(dǎo)熱系數(shù)為3-8mW/m.K。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔熱材料結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的抗熱輻射層由玻纖布與鋁箔干法復(fù)合而成，導(dǎo)熱系數(shù)為30-60mW/m.K，層數(shù)為1_10層。
【文檔編號】F16L59/08GK103727357SQ201310412234
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】陳照峰, 王璐 申請人:太倉派歐技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司