[发明专利]一种电子逸出冷却热防护材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种电子逸出冷却热防护材料及其制备方法。该材料以高温下具有导电特性的耐高温材料作为基体，以耐高温、抗氧化、低功函数的陶瓷作为表面电子逸出材料。制备方法包括以下步骤：将陶瓷粉体、溶剂和粘结剂混合，通过真空辅助振荡速度行星球磨法配制喷涂陶瓷浆料；通过压力振荡喷涂‑温度振荡干燥‑固相反应法在基体表面制备致密的陶瓷涂层，获得具有电子逸出冷却特性的热防护材料。与现有技术相比，本发明制备的热防护材料具有电子逸出冷却效应，可以在不需要辅助系统的条件下起到主动热防护的作用，同时服役过程中不改变飞行器的气动外形。

技术领域

本发明涉及热防护材料领域，具体涉及一种电子逸出冷却热防护材料及其制备方法。

背景技术

高超声速飞行器的端头、前缘、翼边以及迎风面是气动加热最为苛刻的区域，其中尖锐前缘部分面临的热环境往往高于2000℃，同时存在较高的气动压力。在超高温条件下，飞行器壳体一般采用低烧蚀或零烧蚀材料被动热防护，主要有难熔金属、陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料等。

然而，随着新一代高超声速飞行器向着远距离、宽速域、超机动的目标发展，对热防护体系的要求也愈发严苛。传统被动防热材料由于自身材料能量耗散效率低的局限性，难以满足更高温度下的长时防热需求。而现有的基于发汗冷却效应的主动冷却热防护系统均需利用冷却工质(固态、液态、气态)阻止或带走气动热流，需要额外的辅助系统保证冷却工质的供应和循环，整个系统的结构过于复杂，且会引起热防护系统的结构变化，严重限制了其工程应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一个而提供一种电子逸出冷却热防护材料及其制备方法。用于解决传统主动冷却热防护系统结构复杂、服役过程中易引起结构变化的缺点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电子逸出冷却热防护材料，该材料以高温下具有导电特性的耐高温材料作为基体，以耐高温、抗氧化、低功函数的陶瓷作为表面电子逸出材料。电子逸出材料应具有耐高温和抗氧化特性，以保证服役过程中结构和性能的稳定性，同时应具有较低的功函数，以保证材料具有较低的电子逸出阈值温度。选择高温下具有导电特性的耐高温材料作为基体材料，以保证电子可以形成有效的回流通道，避免在结构表面富集，影响电子逸出效率。

进一步地，所述的耐高温材料在1000℃以上的电导率高于1×10^-8S/m。

进一步地，所述的基体包括致密C/C复合材料、C_f/SiC陶瓷基复合材料、SiC_f/SiC陶瓷基复合材料、SiC_f/ZrB₂陶瓷基复合材料或C_f/ZrB₂陶瓷基复合材料。

进一步地，所述的陶瓷包括CaO·Al₂O₃陶瓷。

进一步地，所述的CaO·Al₂O₃陶瓷中CaO和Al₂O₃的摩尔比为(1-2):1。

一种如上所述电子逸出冷却热防护材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

将陶瓷粉体、溶剂和粘结剂混合，通过真空辅助振荡速度行星球磨法配制喷涂陶瓷浆料；

通过压力振荡喷涂-温度振荡干燥-固相反应法在基体表面制备致密的陶瓷涂层，获得具有电子逸出冷却特性的热防护材料。