陶瓷隔热瓦的缺陷修补
王晓艳胡子君孙陈诚周洁洁
张宏波
（航天材料及工艺研究所，先进功能复合材料技术重点实验室，北京100076）
文摘分别采用了MgO、YSZ和Al,O,三种陶资粉体和一种含隔热瓦本体成分的粉料对陶瓷隔热瓦缺陷进行修补。研究了修补前后材料的微观形貌、力学及隔热性能。结果表明：采用含隔热瓦本体组成的粉料对陶瓷隔热瓦进行修补，修补部位与本体部位相容性好，且微观形貌相似，仍保持纤维搭接的多孔空间网络结构：修补后试样密度0.24/cm、室温热导率0.044W/(m·K）、压缩强度0.58MPa;1200℃、30min热处理后，修补部位与本体部位结合性好，未出现裂纹、凹陷等缺陷，是有效的缺陷修补方法。
关键调陶瓷隔热瓦，修补，微观结构，力学性能，隔热性能
中图分类号：TB332
D0I:10.12044/j.issn.10072330.2017.03.020
Defects Repairfor Ceramic InsulationTiles
SUN Chencheng
HUZijun
ZHANG Hongbo
WANGXiaoyan
ZHOUJiejie
(Science and Technology on Advanced Functional Composites Laboratory, Aerospace Research Institute of
Materials & Processing Technology, Beijing 100076)
Abstract Ceramic insulation tiles with defects were repaired by introducing high-temperature ceramic powders, such as MgO, YSZ, Al,O, and tile matrix powders. The microstructure, mechanical property and thermal insulation properties of tile before and after repair were systematically investigated. The results show that the powder containing tile matrix powders is the best method to repair the ceramic insulation tile, The part of the complement has good com patibility with the body, and the micro morphology is similar to remain porous network structure, After repairing, the density, thermal conductivity at room temperature and compressive strength of the samples are 0.24 g/cm, 0.044 W/(m-K) and 0.58 MPa, respectively. After 1 200°C and 30 min heat treatment, the complement and the tile body have good bonding,cracks,depressions and other defects free.
Key wordsCeramic insulation tile,Repair, Microstructure,Mechanical properties,Thermal insulation properties
0引言
高超声速飞行器在大气中快速、机动飞行，承受长时气动加热，为了保证飞行器主体结构和内部仪器设备在许可温度范围内工作，必须使用高效防隔热材料对其进行热防护，以阻止外部热流向内部传递"]。刚性陶瓷隔热瓦以其良好的隔热和力学性能，早在 19世纪80年代就成功用作航天飞机的热防护材料而备受瞩目[2-4]。经过几代的研制和改进，陶瓷材料在力学及隔热性能方面都有了较大提高，目前仍是高超声速飞行器热防护的重要材料方案[5-7]。刚性陶瓷隔热瓦的主要组分为陶瓷纤维，经过高温烧结后，形成纤维搭接的多孔网络结构，赋予陶瓷隔热材料良
好的力学和隔热性能[8-9]。这种多孔网络结构经受大面积挤压或碰撞情况下不容易损坏，但是经历尖锐物碰撞后容易形成划痕、裂纹、凹坑和缺角等缺陷。 2013年美国“哥伦比亚号”航天飞机失事的主要原因是其左翼前缘的隔热材料受到发射过程中从燃料储箱上脱落的泡沫隔热板的撞击而破坏，使得航天飞机在再人大气层时，高温气体进人飞行器内部而引起灾难性后果[10)。本文提出了一种陶瓷瓦的修补技术，主体思路是：不需要对隔热材料进行拆卸、不需要对填充物进行高温处理，不需要施加大外力，最终获得修补材料与本体材料的性能相当的方法。主要的修补材料选取耐高温的MgO、YSZ和Al,O,三种耐高温
收稿日期：2017-01-13；修回日期：2017-02-13
第一作者简介；王晓艳，1979年出生，博士，高级工程师，主要从事防/隔热材料研究工作。E-mailwxydmwpu@163.com
宇航材料工艺万方数据
http://www.yhclgy.com
2017年第3期
— 83