[发明专利]一种热防护材料防隔热测试系统、测试方法及热处理方法

说明书

本发明公开了一种热防护材料防隔热测试系统、测试方法及热处理方法，本发明可以实现航天用热防护材料更接近服役环境的多状态防隔热性能测试。同时，热防护材料制备过程中进行单面热处理或烧结，在厚度方向形成梯度温度，表面经历高温，在高温下服役时稳定，而向内温度逐渐降低，材料的力学性能和隔热性能都得到提高。经测试，材料的整体力学性能可以提高20％左右，而热导率则可以下降10％以上。因此，本发明的测试系统可以实现热防护材料更接近服役环境的多状态防隔热性能测试，也可以实现材料制备过程中单面高温快速加热处理，提高热防护材料的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种热防护材料防隔热测试系统、测试方法及热处理方法，属于特种测试和工艺设备领域。

背景技术

航天飞行器的热防护材料是保证其高速飞行中气动热不伤及飞行器内部结构的关键。随着飞行器向高速化、机动化等方向发展，新型非烧蚀耐高温热防护材料(包括防热材料、隔热材料和防隔热一体化材料等)是未来新型航天器发展的重点。航天用耐高温非烧蚀热防护材料在应用过程中通常仅经受单面的气动热，即热量从飞行器外表面逐渐向内部传递。从热防护材料来看，表面经受的温度较高，而内部则为逐渐的降温状态。热防护材料的制备通常要经过高温烧结或热处理过程，以保证其在高温服役过程中尺寸和性能基本稳定。但从材料的本身特性可知，随着材料制备过程中的烧结温度提高，尤其是温度较高时，材料力学性能和隔热性能通常会降低。传统的炉内烧结或热处理方法是材料整体的高温烧结或热处理，对于热防护材料而言，其内部则经历了过高温度的烧结或热处理，在一定程度上降低了材料的性能。

目前，航天热防护材料的防隔热性能评价通常采用热导率测试、表面热辐射系数测试、背温测试等手段，其中热导率测试采用稳态法或激光脉冲法测试，高温性能的测试需要将材料在一定温度下恒温后再行测试。在高温性能的测试过程中，尤其是温度超过了材料制备温度时，长时间的恒温加热将促进材料内部结构的变化，从而降低材料的性能，虽然能够反映高温状态下材料的性能，但并不能反映真实应用过程中内部存在温度梯度的热防护材料的性能。

石英灯单面空气环境中加热测试背温的方法，是采用单面加热源将热防护材料单面加热，测试其背面温升的一种测试方法，该方法在一定程度上模拟了防热材料在飞行器表面服役的状态，但由于加热源的加热速率问题，其表面温升基本上是一个逐渐加热到预定温度的过程，而且其最大考核温度不超过1500℃，其考核过程与真实服役环境存在较大差异。采用硅碳棒替代石英灯可以实现超过1500℃的考核温度(最高也不超过1700℃)，但其加热速率更低，其模拟的加热过程与真实环境差异更大。另外，石英灯或硅碳棒单面加热测试背温的方法不能实现多环境、多参数的联合考核评价。

非烧蚀热防护材料防隔热性能的评估，除了获取材料真实的本征性能数据外，还需要根据服役环境特点获取不同加热环境中的总体性能，如变真空状态、高温有氧环境、高温惰性环境等。现有方法虽然在一定程度上能够对航天热防护材料进行表征，但仍存在模拟考核条件偏差而造成材料性能失真、不能多环境考核及不能多参数快速获取等问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：为克服现有技术的不足，提供一种热防护材料防隔热测试系统、测试方法及热处理方法，以更真实更有效的评价热防护材料的防隔热性能，也可以实现对热防护材料进行热处理。

本发明的技术解决方案：

一种热防护材料防隔热测试系统，包括多室炉分系统、炉门及样件卡持分系统、加热分系统、测控温分系统和数据处理分系统，

多室炉分系统为以三个腔室的基本单元及其组合构成或四个腔室的基本单元及其组合构成，三个腔室的基本单元一体结构，依次包括第一冷却室、加热室和第二冷却室，三个腔室的基本单元组合后，相邻冷却室可以合并为一个冷却室；

四个腔室的基本单元一体结构，依次包括第一冷却室、主加热室、补充加热室和第二冷却室，四个腔室的基本单元组合后，相邻冷却室可以合并为一个冷却室；