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党文伟，等：高超声速飞行器烧蚀型防热涂层研究进展
表 2 几种常用填料及功能
填料种类 功能
滑石粉、云母片 与各组分融合性好，与涂料匹配性强
与炭化层发生化学反应，提高隔热性
Fe 2O 3 、Al 2O 3 、SiO 2
磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐等 高温时形成泡沫层，阻碍热量传递
空心微球、软木粉 降低涂层密度，降低体系热导率
玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维等 提高涂层机械强度和抗气动冲刷能力
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反应活性等 。 之间的界面作用，增加涂层与基体材料的附着力，同时
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白战争 通过添加粒度小、密度小、导热系数小的 提高涂层体系的耐高温性能和机械性能。
空心玻璃微珠制备了空心玻璃微珠/环氧树脂复合材 烧蚀型防热涂层的防热效果是通过吸收环境的
料，玻璃微珠的添加使体系的密度降低，玻璃化转变 热量来实现的，而吸收热量的方式主要是烧蚀材料发
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温度升高。 胡良全 介绍了玻璃空心微球、软木粉、晶 生的物理变化、化学变化。 因此烧蚀型防热涂层的选
须材料等轻质填料的添加对体系防隔热性能有明显 用主要是由基体材料所使用环境的温度、压力、气动
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的提升。 张海鹏 采用环氧改性有机硅树脂为基体树 剪切力等因素决定。 比如高温、高剪切力环境应首选
脂，加入 Al(OH) 3 、H 3BO 3 、NH 4H 2PO 4 作为 混合 填料 ，由 成炭率高的热固性树脂， 并配合熔点很高的填料；而
于 3 种填料的分解温度呈梯度分布，使涂层体系的目 低剪切力环境下应首选热塑性树脂，并配合膨胀性的
标使用温度提高至 500 ℃。 张麟 通过玻璃微珠改性 填料。 对于烧蚀型防热涂层所用材料的选择要尽量对
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酚醛树脂，以高硅氧布作为增强材料，制备出耐烧蚀、 不同的材料进行优化组合使用，这样才能避免单一材
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隔热性能优异的防热涂层。 黄科科 以有机硅树脂为 料的性能缺陷，设计出性能更好的防热涂层。
基体树脂， 添加 SiO 2 、TiO 2 、B 2O 3 、CaO 等无机填料制备
了耐高温抗冲刷涂层。 高温条件下涂层由有机型硅转 3 结语
变为无机型硅从而实现对金属基体的保护。 该涂层可
经受 1 400 ℃高温燃气流短时间冲刷 50 次。 赵英民 [22] 烧蚀型防热涂层以其优良的性能被广泛的应用
以添加短切玻璃纤维和空心玻璃微球为填料，制备了 于航空航天领域，随着该领域技术的飞速发展，飞行
有机硅改性环氧树脂防热涂层。 在铝合金基底上涂覆 器的飞行速度将不断提高，服役环境将更加恶劣和复
2 mm 厚的涂层并进行小板隔热试验， 当涂层温度达 杂。 因此，烧蚀型防热涂层的研究和应用应逐步从单
到 400 ℃时，基材温度不超过 250 ℃，具有良好的防 功能向多功能方向发展，防热涂层的综合性能提升变
隔热效果。 得更为重要。 烧蚀型防热涂层发展趋势主要包括以下
3 个方面的研究：（1）轻质、低导、高效的防热涂层材料
2.3 功能助剂
设计研究；（2）防热-结构一体化设计研究；（3）具有隐
功能助剂是涂料产品的一类重要组成材料， 通过 身、透波、隔热、承载等功能的防热涂层设计研究。
少量的添加即可控制和增强涂层的性能。一般来讲，常
见功能助剂主要有以下几种：分散剂、流平剂、消泡剂、 参考文献
防沉剂、阻燃剂、偶联剂等。 分散剂可使基料对颜填料 [1] 杨炳渊. 超高速防空导弹结构防热技 术 [J]. 上 海 航 天,
实现良好的包覆，使颜填料更趋均匀地分布于体系中； 2002, (4):41-45.
[2] 马丽, 杨建军, 张维刚. 高超声速飞行器发展综述[J]. 飞
流平剂能够影响涂料的黏性和流动特性； 消泡剂能够
航导弹, 2012,(6):22-27.
控制反应过程中泡沫的产生；防沉剂具有防沉淀、防流
[3] 曲明哲. 有机硅耐烧蚀材料的研究进展[J]. 化学工程与
挂的效果， 能够改善填料在液体体系里的悬浮性和分
装备, 2012, (11): 151-153.
散性；阻燃剂可以降低烧蚀型防热材料的着火能力；偶
[4] JOHNSON S. Approach to TPS development for
联剂通过活性官能团分别与基体树脂的有机基团和填 hypersonic applications at NASA AMES research center
料的无机基团发生化学作用， 从而改善涂层中各组分 [C].Thermal Protection Systems and Hot Structures, 2006,
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行业视点 INDUSTRY WATCH
