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嘉峪檢測網 2025-04-06 17:07
燒蝕涂料，是為了保證受保護產品在高溫環境下不受或降低影響而使用的功能性涂料。在高溫環境下，燒蝕型涂料以損耗材料自身來吸收大量的熱量，從而阻止熱量傳導到材料的內部結構中。燒蝕涂料在航天航空、軍工武器、特種裝備等領域有著廣泛且重要的應用。
1. 燒蝕涂料的熱防護機理
燒蝕防護是指在熱流環境中，涂層能夠發生分解、熔化、升華等多種吸收熱能的物理化學變化，通過材料自身的質量損失消耗帶走大量熱量，以達到阻止熱流傳入結構內部的目的。
涂料涂層的燒蝕可分為表面燒蝕和體積燒蝕：表面燒蝕指發生在涂層表面的燒蝕，主要包括表面材料與環境氣流的熱化學反應、材料的熔化、升華、高速粒子撞擊（侵蝕）及機械剝蝕引起的質量損失；體積燒蝕指結構內部材料在較低溫度（相對于表面燒蝕而言）下因熱化學反應導致的質量損失。
在熱流環境中，熱量被涂層材料吸收并向內部傳遞；隨著熱量不斷傳入，溫度逐漸升高，當達到分解、熔化、汽化或升華溫度時，涂層材料因相變吸收大量熱量。同時，材料表面及相變產物與附面層內的空氣發生化學反應，形成一個溫度較低的氣態層。這層氣體向附面層擴散時還要吸收一部分熱量，而且擴散增大了附面層厚度，使其平均溫度降低，從而顯著降低向表面的熱擴散，有效減少流向被防護基體的熱量。
2. 燒蝕涂料需具備的性能
從燒蝕涂料的熱防護機理不難看出，燒蝕涂料需具備以下幾點性能：
(1) 成炭率高，燒蝕后能形成致密的炭層；
(2) 相變過程中能量消耗大，燒蝕破壞過程中熱量消耗高；
(3) 有一定的機械強度，耐燒蝕、抗燃氣流沖刷力強；
(4) 具有一定的韌性，足以承受燒蝕過程中被防護部位的膨脹和熱循環應變；
(5) 涂層的附著力好，避免使用過程中發生脫落。
3. 燒蝕涂料的選材與應用
基體材料和填料，是燒蝕涂料的重要組成部分，它們的選擇影響著燒蝕涂料的整體性能與各項參數。
從基體材料上來看，目前有機燒蝕涂料主要可分為碳基燒蝕涂料和硅基燒蝕涂料。碳基燒蝕涂料主要以環氧樹脂、酚醛樹脂為基體，這類涂料存在燒蝕速率快、質脆易剝蝕等問題；硅基燒蝕涂料主要以硅橡膠、硅樹脂為基體，普遍存在與底材黏接性能差、易剝離的問題。因此需對基體材料進行改性，使其兼具燒蝕速率低、黏接性能好等特點。對此，不同科研團隊分別推出了共混環氧改性有機硅樹脂、環氧改性乙烯基硅橡膠、硼酚醛樹脂等多種改進后的基體材料，在耐燒蝕性、韌性、隔熱效果、附著力、炭化效果等多個參數上取得了明顯的突破。
燒蝕涂料的填料，需具備較低的密度、一定的反應性及均質穩定性，同時還應與基體材料具有較好的匹配性。石棉纖維、二氧化硅、氮化硼、金屬氧化物（氧化鋁、二氧化鋯、鈦白粉）、炭黑、玻璃纖維粉、碳化硅等多種耐高溫、耐燒蝕材料，均已被研究作為燒蝕涂料填料。這些填料不僅可以增加涂層的耐高溫性、隔熱性和機械強度，還可改進涂層在經受燃氣流沖刷時的表面狀態，增加高溫吸熱反應。這其中，納米技術的賦能也為填料提供了更多樣化、高性能的選擇，在抗激光燒蝕、載人飛行、艙體外殼、發動機內壁等多種應用場景下取得了較好的試驗效果。
此外，燒蝕涂料的復合涂層結構近些年也受到了科研關注。將有機涂層和無機涂層或不同性能的有機涂層進行復合使用，可以有效提高涂層的整體防護能力。有些具備耐燒蝕和防腐功能的復合涂層，不僅為艦載機、艦載導彈提供了安全良好的使用場景，還能對艦船的海洋腐蝕起到很好的防護效果。
參考文獻：山東省航空航天學會2023學術年會論文集, 2023: 33-37.
來源：Internet
