【摘 要】
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超高声速飞行器在飞行时需要面对非常恶劣的气动加热环境,表面加装的刚性陶瓷纤维隔热瓦以及高辐射率涂层能够有效地保护内部的机体。但是作为以玻璃为结合相的涂层,刚性纤维隔热瓦表面的高辐射涂层具有很强的内聚强度,整体上呈现出较大刚度,限制了其进一步的发展。本文从结构设计的角度出发,设计出一种新型的高发射率耐高温涂层结构,使涂层能够在烧结过程以及热循环环境中避免应力的过早集中,并且使其具有一定的柔韧性,从而
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超高声速飞行器在飞行时需要面对非常恶劣的气动加热环境,表面加装的刚性陶瓷纤维隔热瓦以及高辐射率涂层能够有效地保护内部的机体。但是作为以玻璃为结合相的涂层,刚性纤维隔热瓦表面的高辐射涂层具有很强的内聚强度,整体上呈现出较大刚度,限制了其进一步的发展。本文从结构设计的角度出发,设计出一种新型的高发射率耐高温涂层结构,使涂层能够在烧结过程以及热循环环境中避免应力的过早集中,并且使其具有一定的柔韧性,从而提高涂层的力学性能。本文将传统的料浆法与溶胶凝胶法相结合,使得涂层在干燥过程中发生开裂并且形成鳞片状的网络结构,同时在烧结后裂纹网络得到了保留,物相以玻璃相以及MoSi2为主。同时通过对比发现鳞片状涂层的烧结温度要低于传统致密涂层,烧结后传统致密涂层中发射剂MoSi2发生了更大程度上的氧化,而鳞片状涂层中保留了更多的发射剂MoSi2,在3μm-14μm的波长范围内鳞片状涂层的半球光谱发射率(0.860)也高于传统致密涂层(0.845)。此外,在力学试验中鳞片状涂层也表现出了更大的柔韧性和更好的抗热震性。随后,通过改变熔融石英的粒度分布,本文得到了不同的裂纹结构。结果表明,只有大小颗粒共混作为骨架结构的涂层才能形成完整的裂纹网络。具有完整裂纹网络的鳞片状涂层在1500℃到室温之间经历了25次热循环,没有剥落和开裂现象,试验后保持了较高的结合强度(0.73 MPa)。在赫兹接触损伤试验中,具有完整裂纹网络的鳞片状结构也避免了径向裂纹的出现,并表现出一定的柔韧性和较小的刚度。具有不同裂纹结构的涂层的发射率均大于0.85,同时发射率与裂纹面积成反比。
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