陶瓷夹层

用于热防护系统的陶瓷复合材料的增材制造

太空领域的研究和使用，包括最近对月球及更远太空的载人航天探索的复兴，推动了对航天器热防护系统 (TPS) 的更高性能材料的搜索。陶瓷和高性能碳都表现出适合 TPS 应用的材料特性，但可以使用增材制造 (AM) 方法最大限度地提高其性能。振动辅助打印 (VAP) 是一种新开发的 AM 工艺，可以使用高粘度的陶瓷形成聚合物与固体陶瓷颗粒的混合物来制造零件。这项工作探索了利用 VAP 的陶瓷夹层 TPS 的 AM。TPS 外层由碳化硅 (SiC) 组成，具有高抗氧化性、高熔点和低热导率。薄的中间层由碳基材料组成，可提供高平面热导率以重新分配热量。数值模拟表明，这种配置可有效降低模拟再入条件下的最高温度。由聚碳硅烷聚合物和纯 SiC 粉末制备出高粘度混合物，可使用 VAP 进行 3D 打印，并使用碳负载或碳纤维负载细丝通过标准热塑性挤出打印用于组装的中间层。SiC 组件固化温度高达 248.8°C，热解温度高达 1,600°C，并通过 SEM、EDS 和 XRD 进行表征并测试抗压强度。