《表3 Al-B-O体系材料与其他陶瓷材料密度比较》

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《新型轻质隔热、透波Al-B-O陶瓷的研究进展》

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高超声速飞行器的发展为材料应用带来了新的挑战。由于飞行器长时间高速飞行导致大量热量累积，而临近空间空气密度低、热导率低，无法及时散热[9-10]，使热防护技术成为高超声速飞行器的关键技术。飞行器表面的缝隙结构则具有更加复杂的热流环境，在稀薄空气中会出现局部的高热流区[11]，很容易成为热防护系统中的薄弱环节。美国的亚特兰蒂斯号航天飞机就曾因再入飞行时的加热过程导致热密封件破损[12]。但与热密封相关的文章及专利较少，因此，开展高温热密封组件的研发和改进具有非常重要的意义。在极端工作环境下，为了尽可能阻挡热流且减小载重，热密封材料应具有低热导率、低密度和高温稳定性。为了达到更好的密封效果和强度，材料应具有低模量、高强度、低硬度、可加工并可重复性使用。在常用的热密封结构中，填隙式密封材料安装方便、应用广泛，但使用温度在1 000℃以下[13]，无法满足所有部位的热密封要求。对升降副翼、襟翼等控制面部位而言[14-16]，部件缝隙常用基线式密封和栅片式密封。在栅片式密封结构中，需要低密度、低热导率、易加工的陶瓷栅片材料。目前的主要候选材料包括Si3N4、Zr O2和莫来石，其优缺点如表2所示[15]。这些材料的密度均较高、加工较难，热导率也不够低，迫切需要开发新的低密度、低热导率、易加工的新型陶瓷栅片材料。具有莫来石结构的硼铝酸盐Al5BO9由于其低热导率、低密度和宽带隙受到关注，在栅片式热密封结构中可能具有广泛的应用前景。对Al-B-O体系材料如Al5BO9、Al18B4O33、Al4B2O9、Al BO3等研究发现，由Al2O3和B2O3按不同比例组成的硼莫来石普遍具有高熔点、宽带隙优异的热学和力学性能。表3[17-19]列出的Al-B-O体系材料密度与其他陶瓷材料相比整体较低，在航天领域应用潜力很大，但到目前为止尚无对该体系研究的综述文章。本文系统介绍了AlB-O体系材料在结构、制备、性能表征等方面的研究进展。