酚醛树脂基梯度热防护复合材料的制备及热性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1目的及意义

随着我国航天事业的蓬勃发展,有关宇航材料的研究开展的越来越广泛。烧蚀材料是目前多数航天器所采用的最广泛和有效的热防护材料,其在未来的深空探测事业中有着广阔的应用前景。

热防护方法按其防护机理可以分为吸热法、辐射法和烧蚀法。烧蚀法是通过表面烧蚀材料在高温下的升华、熔化、炭化等物理化学反应消耗气动热的积极防热方式。烧蚀法因其具有防热效率高、工作可靠、适应流场变化能力强,烧蚀材料导热系数小、引射效应好和再辐射率高等优点,己广泛应用于月球、火星等深空探测器的热防护系统。

作为主要的烧蚀基体材料,传统酚醛树脂存在耐热性不足的缺陷,其在烧蚀的过程中残留的大量无定型炭层,无定型炭层容易在气流的机械剪切作用下产生机械剥离,从而使材料的隔热性能不佳。

因此,我们要制备出梯度热防护酚醛树脂基复合材料。可陶瓷化聚合物在常温下具有与普通聚合物相同的性能,而在高温下发生裂解转化为陶瓷保护层,具有一定的强度且能承受一定的冲击力,从而保护材料内部不受大火破坏。设计成梯度材料可以降低制备成本,减小材料密度,降低导热系数,增强隔热性能,优化材料性能,避免功能过剩。

1.2国内外研究现状

采用酚醛树脂等为基体,添加功能填料、可陶瓷化助剂等,并通过纤维布浸胶组分配比的逐层递变,制备梯度热防护材料。可陶瓷化反应有利于提高酚醛复合材料高温条件下结构完整性,从而可以同时提高酚醛复合材料的烧蚀和隔热性能。

武汉理工大学秦岩教授[5]等将酚醛树脂作为基体,通过添加功能填料微珠、可瓷化助剂制备出了密度低、又具有良好的隔热性能和高温条件下优异的烧蚀性能。在800℃以上可瓷化助剂与酚醛树脂开始发生了可陶瓷化反应,且随着烧蚀温度的提高陶瓷化程度加深,生成的晶粒排列规则整齐。由于发生可陶瓷化反应使疏松无定型炭层变得更加致密化且形成致密的陶瓷层,陶瓷保护层起到阻碍对流和热量传导的作用,在抑制材料内部热分解的同时,能有效地阻隔外界热量向材料内部扩散,从而使酚醛复合材料获得更好的烧蚀隔热性能。

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