熱防護(hù)用仿毛細(xì)血管叢自愈合材料的研究.pdf

1、航天器重復(fù)使用是降低天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸費(fèi)用的有效途徑,是未來(lái)航天領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)?？仗爝\(yùn)載器以高超聲速返回再入大氣層時(shí),氣動(dòng)加熱會(huì)使其表面達(dá)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(dòng)外形,又要能長(zhǎng)期重復(fù)使用,維護(hù)方便,所以其技術(shù)難度是相當(dāng)大的。因此可重復(fù)使用空天運(yùn)載器的熱防護(hù)問(wèn)題是決定空天運(yùn)載器技術(shù)計(jì)劃能否成功的關(guān)鍵之一。
　　 本論文在注重空天飛行器防熱材料的輕質(zhì)、強(qiáng)韌的同時(shí),針對(duì)空天飛行器的具體要求,提

2、出以Al/Al2O3體系為對(duì)象,開展具有相交吸熱、高溫自愈合功能的半主動(dòng)防熱微觀構(gòu)型仿生探索。設(shè)計(jì)并制備了Al芯/Al2O3鞘自愈合泡沫陶瓷自愈合構(gòu)型。在國(guó)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(yīng)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(qiáng)的A

3、l芯/Al2O3鞘鞘仿生自愈合泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)。通過(guò)1000℃以上保溫,Al芯/Al2O3鞘結(jié)構(gòu)上預(yù)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(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)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(fù)能力。
　　 采用此仿毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)自愈合泡沫陶瓷結(jié)構(gòu),本研究通過(guò)凝膠注模,以及Al/SiC/PCS先驅(qū)體制備含毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)自愈合泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)的高

4、溫陶瓷基復(fù)合材料塊體。
　　 在使用凝膠注模填充泡沫陶瓷的過(guò)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(shí)間為4小時(shí)得到的陶瓷漿料的流動(dòng)性最好,粘度為179mPa·s,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行填孔,由于坯體2％的線收縮,導(dǎo)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(dá)到60％的時(shí)候,Al在轉(zhuǎn)變?yōu)锳lN的過(guò)程中的體積膨脹,能夠很好的彌補(bǔ)PCS分解所造的體積收縮,坯體的線收縮率約為零