КОМБИНИРОВАННАЯ ИЗОЛИРУЮЩАЯ НЕОКСИДНАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ПОВЫШЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕОКСИДНОГО КЕРАМИЧЕСКОГО КОМПОЗИТА ДЛЯ ЕЕ СОЗДАНИЯ Российский патент 2021 года по МПК F41H7/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящая заявка имеет отношение к системам тепловой защиты для транспортных средств и, в частности, относится к комбинированной изолирующей неоксидной системе тепловой защиты повышенной жесткости (rigidized hybrid insulating non-oxide, RHINO) и способу изготовления неоксидного керамического композита для ее создания для высокоскоростного транспортного средства, например, высокоскоростного ударного оружия.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Типичная система тепловой защиты для высокоскоростного транспортного средства содержит несколько слоев материала. Слои материала могут включать изолирующий слой, находящийся между наружным слоем и внутренним слоем, который согласуется с поверхностью части конструкции высокоскоростного транспортного средства. Например, в известной системе тепловой защиты изоляционный слой содержит относительно жесткий материал, такой как волокнистый керамический материал с относительно низкой плотностью. Наружный слой содержит по существу жесткий и относительно тонкий элемент, имеющий относительно высокую термостойкость и относительно высокую структурную прочность, например композитный материал с керамической матрицей. Внутренний слой содержит упруго сжимаемый материал, который имеет относительно низкую жесткость при сдвиге или относительно низкую жесткость при растяжении. Внутренний слой предварительно нагружают путем прижатия к части конструкции транспортного средства, когда наружный слой находится на указанной части конструкции транспортного средства. Было бы желательно предоставить улучшенные системы тепловой защиты высокоскоростных транспортных средств, таких как высокоскоростное ударное оружие.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Согласно одному аспекту изобретения для части конструкции транспортного средства предусмотрена система тепловой защиты. Система тепловой защиты содержит наружный слой для защиты части конструкции транспортного средства. Система тепловой защиты дополнительно содержит внутренний слой для согласования с частью конструкции транспортного средства. Система тепловой защиты также содержит изоляционный слой, расположенный между внутренним и наружным слоями. Изоляционный слой содержит пористый керамический изоляционный материал с низкой плотностью, имеющий уплотненную часть, покрывающую внутреннюю поверхность наружного слоя для усиления адгезии.

[0004] Согласно другому аспекту изобретения для части конструкции транспортного средства предусмотрена система тепловой защиты. Система тепловой защиты содержит наружный жесткий слой, содержащий тонкопленочный слой из неоксидного керамического композита, например, карбида кремния, упрочненного углеродным волокном, для защиты части конструкции транспортного средства. Система тепловой защиты дополнительно содержит внутренний конформный слой, согласующийся с частью конструкции транспортного средства. Система тепловой защиты также содержит жесткий керамический изоляционный слой, находящийся между внутренним и наружным слоями. Изоляционный слой содержит пористый керамический материал с низкой плотностью, имеющий плотность в интервале между около 12 фунт/фут³ (192 кг/м³) и 25 фунт/фут³ (400 кг/м³).

[0005] Согласно еще одному аспекту изобретения предложен способ изготовления неоксидного керамического композита для создания комбинированной изолирующей неоксидной системы тепловой защиты повышенной жесткости для части конструкции транспортного средства. Способ включает формирование слоя пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью, имеющего плотность в интервале между около 12 фунт/фут³ (192 кг/м³) и 25 фунт/фут³ (400 кг/м³), с получением требуемого размера и формы. Способ дополнительно включает уплотнение части слоя покрытия из пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью для создания уплотненной части слоя, имеющей плотность в интервале между около 24 фунт/фут³ (384 кг/м³) и 50 фунт/фут³ (801 кг/м³). Способ также включает совместную обработку многослойной уплотненной части слоя с получением тонкопленочного слоя неоксидного керамического композита, например карбида кремния, упрочненного углеродным волокном. Способ дополнительно включает покрытие внутренней поверхности слоя пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью слоем согласующегося материала.

[0006] Другие аспекты станут очевидными из нижеследующего подробного описания, сопровождающих чертежей и прилагаемой формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] ФИГ. 1 представляет собой разнесенный вид в перспективе, показывающий в наиболее подходящем сечении некоторые части одной части конструкции высокоскоростного транспортного средства, охваченного комбинированной теплоизоляционной системой повышенной жесткости, выполненной согласно примерному варианту осуществления.

[0008] ФИГ. 2 представляет собой увеличенный вид части по ФИГ. 1, на котором показано поперечное сечение слоев материала предлагаемой системы тепловой защиты.

[0009] ФИГ. 3 представляет собой блок-схему, показывающую примерный способ изготовления неоксидного керамического композита для создания системы тепловой защиты по ФИГ. 1 и 2.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00010] Настоящее раскрытие относится к комбинированной изолирующей неоксидной системе тепловой защиты повышенной жесткости (rigidized hybrid insulating non-oxide, RHINO) и способу изготовления неоксидного керамического композита для ее изготовления. Конкретная конструкция системы тепловой защиты и отрасль, в которой систему тепловой защиты реализуют, могут варьироваться. Следует понимать, что нижеприведенное раскрытие содержит несколько вариантов осуществления или примеров реализации различных признаков различных вариантов осуществления. Для упрощения настоящего раскрытия описаны конкретные примеры компонентов и устройств. Они являются всего лишь примерами и не предназначены для ограничения.

[00011] В качестве примера приведенное ниже описание описывает предлагаемую систему тепловой защиты для защиты высокоскоростного транспортного средства, например высокоскоростного ударного оружия. Предлагаемая система тепловой защиты может быть реализована производителем оригинального оборудования (ПОО) для изготовления систем тепловой защиты в соответствии с военными и космическими техническими нормами.

[00012] Со ссылкой на ФИГ. 1 проиллюстрирован вид в перспективе с пространственным разделением деталей примерного высокоскоростного транспортного средства 100, охваченного предлагаемой системой тепловой защиты, выполненной согласно примерному варианту осуществления. Вид в перспективе с пространственным разделением деталей на ФИГ. 1 показывает некоторые части только в разрезе. Высокоскоростное транспортное средство 100 содержит переднюю коническую часть 102, которая расположена между задней частью 104 конуса и носовым кончиком 106.

[00013] Носовой кончик 106 может содержать вольфрамовый материал. Задний конический участок 104 имеет часть 108 конструкции в виде ребра, которая может содержать титановый материал. Титановая часть 108 конструкции в виде ребра расположена перед перегородкой 110, которая также может содержать титановый материал. Задняя коническая часть 104 имеет длину около 36 дюймов (91,44 см), а передняя коническая часть 102 имеет длину около 16 дюймов (40,64 см). Система 200 тепловой защиты размещена на передней конической части 102 и задней конической части 104.

[00014] На ФИГ. 2 проиллюстрирован увеличенный вид части (обозначенной цифрой 2 на ФИГ. 1) по ФИГ. 1. На увеличенном виде по ФИГ. 2 показано поперечное сечение слоев материала комбинированной изолирующей неоксидной системы 200 тепловой защиты повышенной жесткости (rigidized hybrid insulating non-oxide, RHINO). Система 200 тепловой защиты содержит наружный слой 210 для защиты части конструкции (например, передней и задней конических частей 102, 104) транспортного средства 100. Система 200 тепловой защиты дополнительно содержит внутренний слой 220 для согласования с частью конструкции транспортного средства. Система 200 тепловой защиты также содержит изоляционный слой 230, находящийся между внутренним и наружным слоями 210, 220. Изоляционный слой 230 содержит пористый керамический изоляционный материал с низкой плотностью, имеющий уплотненную часть 232, которая покрывает внутреннюю поверхность 212 наружного слоя 210 для усиления адгезии и обеспечения совместимости с наружным слоем 210.

[00015] В примере варианта осуществления, показанном на ФИГ. 1 и 2, наружный слой 210 содержит тонкопленочный жесткий слой из карбида кремния (C-SiC), упрочненного углеродным волокном, для защиты части конструкции транспортного средства. Тонкопленочный слой C-SiC 210 имеет толщину от около 0,04 дюйма (0,102 см) до около 0,08 дюйма (0,203 см). Тонкопленочный слой C-SiC 210 имеет коэффициент теплового расширения около 1,65 миллионных долей на градус по Фаренгейту (част/млн/°F) (0,92 част/млн/°С). В некоторых вариантах осуществления наружный слой 210 содержит тонкопленочный слой из керамического упрочненного керамическим волокном неоксидного композитного материала с керамической матрицей, например карбида кремния, упрочненного углеродным волокном, карбида кремния, упрочненного карбидокремниевым волокном, карбида гафния, упрочненного углеродным волокном, борида гафния, упрочненного углеродным волокном, нитрида кремния, упрочненного углеродным волокном, имеющего толщину от около 0,04 дюйма (0,102 см) до около 0,08 дюйма (0,203 см).

[00016] Пример внутреннего слоя 220 содержит конформный слой силикона 222 для согласования с частью 108 конструкции транспортного средства. Слой согласующегося силикона 222 соединен с вулканизирующимся при комнатной температуре силиконом 224, который покрывает внутреннюю поверхность 234 изоляционного слоя 230. Слой согласующегося силикона 222 имеет толщину около 0,25 дюйма (0,635 см).

Вулканизирующийся при комнатной температуре силикон 224 имеет толщину около 0,01 дюйма (0,025 см). В некоторых вариантах осуществления внутренний слой 220 содержит слой согласующегося материала, такого как силикон, или прокладку для изоляции от механического воздействия, которая покрывает внутреннюю поверхность изоляционного слоя 230. В некоторых вариантах осуществления слой согласующегося материала адгезивно связан с изоляционным слоем 230.

[00017] Изоляционный слой 230 имеет толщину около 1 дюйма (2,54 см). Пористый керамический материал с низкой плотностью изоляционного слоя 230 является жестким и имеет плотность в интервале между около 12 фунтов на кубический фут (фунт/фут³) (192 кг/м³) и 25 фунт/фут³ (400 кг/м³). Изоляционный слой 230 имеет коэффициент теплового расширения около 1,58 част/млн/°F. Уплотненная часть 232 имеет коэффициент теплового расширения около 1,58 миллионных долей на градус по Фаренгейту (част/млн/°F). Уплотненная часть 232 имеет толщину от около 0,10 дюйма (0,254 см) до около 0,20 дюйма (0,508 см).

[00018] Комбинация наружных, внутренних и изоляционных слоев 210, 220, 230 взаимодействует, чтобы обеспечить возможность системе 200 тепловой защиты выдерживать температуру до или выше 3000°F (1649°С) без ухудшения характеристик системы 200 тепловой защиты, с сохранением работоспособности указанной части конструкции транспортного средства при максимально допустимой для нее температуре или ниже этого значения.

[00019] Следующий пример иллюстрирует способ изготовления неоксидного керамического композита для создания системы 200 тепловой защиты согласно варианту осуществления. Данный примерный способ предназначен для иллюстрации и никоим образом не ограничивает объем изобретения.

[00020] Показанная ФИГ. 3 блок-схема 300 изображает примерный способ получения примерного неоксидного керамического композита для создания примерной системы 200 тепловой защиты, показанной на ФИГ. 1 и 2. На этапе 302 формируют слой пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью (например, механически обработанный) требуемого размера и формы (то есть окончательного размера и формы). Примерный пористый керамический изоляционный материал с низкой плотностью коммерчески доступен под номенклатурным кодом HBMS-36-021-01 от компании Boeing, расположенной в Хантингтон-Бич, Калифорния. Возможно применение других пористых керамических изоляционных материалов с низкой плотностью, которые могут быть использованы, например, пеноматериал из углерода или карбида кремния. Затем процесс переходит к этапу 304.

[00021] На этапе 304 часть 232 слоя пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью уплотняют для создания многослойной уплотненной части слоя. В некоторых вариантах осуществления часть 232 слоя уплотняют путем пропитки суспензией керамического материала и последующим отверждением с последующей пропиткой предкерамическим полимером и пиролизом, чтобы закрыть поры и, таким образом, создать многослойную уплотненную часть слоя. В некоторых вариантах осуществления пористый керамический изоляционный материал с низкой плотностью подвергают многократному пиролизу и многократному покрытию полимерной смолой для удаления структурной пористости, чтобы создать уплотненную часть 232 слоя. В некоторых вариантах осуществления уплотненная часть 232 слоя имеет плотность в интервале между около 24 фунт/фут³ (384 кг/м³) и 50 фунт/фут³ (801 кг/м³).

[00022] Затем на этапе 306 уплотненную часть 232 слоя из этапа 304 совместно обрабатывают с тонкопленочным слоем неоксидного керамического композита, например, C-SiC 210. Более конкретно, уплотненную часть 232 слоя совместно обрабатывают с тонкопленочным слоем C-SiC 210 путем непосредственной обработки тонкопленочного слоя C-SiC 210 с уплотненной частью 232 слоя и подвергают тонкопленочный слой C-SiC 210 многократной пропитке полимерной смолой и многократному пиролизу для создания полностью уплотненного тонкопленочного слоя C-SiC 210. Кроме того, как показано на этапе 308, внутреннюю поверхность слоя пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью покрывают слоем согласующегося материала 222, который соединен с вулканизирующимся при комнатной температуре силиконом 224. Затем процесс завершается.

[00023] Неоксидный керамический композит, изготовленный в соответствии с вышеописанным примерным способом, подходит для создания любой системы тепловой защиты, такой как, например, примерная система 200 тепловой защиты, показанная на ФИГ. 1 и 2. В частности, полученный неоксидный керамический композит может быть использован для изготовления систем тепловой защиты для применения в высокоскоростном транспортном средстве.

[00024] Следует понимать, что система тепловой защиты интегрированного комбинированного материала предусмотрена для высокоскоростного транспортного средства, например, высокоскоростного ударного оружия. Система тепловой защиты может быть размещена поверх холодной части конструкции транспортного средства или теплой части конструкции транспортного средства. Слой конформного материала частично изолирует слой пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью и тонкую неоксидную керамическую композитную пленку, так что система термической защиты «плавает» поверх указанной частью конструкции транспортного средства. Кроме того, коэффициент теплового расширения тонкопленочного слоя неоксидного керамического композита, такого как C-SiC (т.е. около 1,65 част/млн/°F (0,92 част/млн/°С) в приведенном выше примере) и коэффициент теплового расширения изоляционного слоя (т.е. около 1,58 част/млн/°F (0,88 част/млн/°С) в вышеприведенном примерном варианте осуществления) полностью согласуются. Это обеспечивает хорошую связь между слоем изоляции и тонкопленочным слоем C-SiC с низким внутренним напряжением при повышенных температурах.

[00025] Результатом является эффективная по весу система тепловой защиты (по сравнению с системами теплозащиты современного уровня техники) с возможностью выдерживать температуру 3000°F (1649°С) без ухудшения характеристик системы тепловой защиты, когда система тепловой защиты «плавает» поверх части конструкции транспортного средства. Другим результатом является система тепловой защиты, которую относительно проще изготовить по сравнению с системами тепловой защиты, содержащими многослойную конфигурацию неоксидного композита с керамической матрицей.

[00026] Также следует понимать, что интегрированная система тепловой защиты из комбинированного материала устраняет необходимость в толстом слоистом материале. Например, тонкая пленка C-SiC упрочняется нижним изолирующим слоем с низкой плотностью и частью конструкции транспортного средства. Это обеспечивает полуструктурную оболочку, которая не требует дополнительного повышения жесткости для предотвращения изгиба при аэродинамических нагрузках, акустических нагрузках или механических нагрузках. Кроме того, конформный слой отделяет пути передачи нагрузки между частью конструкции транспортного средства и полуструктурной оболочкой из изоляционного материала с низкой плотностью и тонкой пленки C-SiC. В результате получается полуструктурная оболочка, обладающая не только способностью выдерживать высокие температуры и малым весом, но и отличные изоляционные характеристики, хорошую прочность и стойкость к повреждениям.

[00027] Хотя приведенное выше описание описывает пример неоксидного керамического композита и примерного способа изготовления неоксидного керамического композита для ПОО в соответствии с военными и космическими нормативными требованиями, можно предположить, что примерный неоксидный керамический композит и способы могут быть реализованы в любой отрасли в соответствии с применяемыми отраслевыми стандартами.

Кроме того, раскрытие включает варианты осуществления в соответствии со следующими положениями:

Пункт 1. Система тепловой защиты для части конструкции транспортного средства, содержащая:

наружный слой для защиты части конструкции транспортного средства;

внутренний слой для согласования с частью конструкции транспортного средства и

изоляционный слой, находящийся между внутренним и наружным слоями,

причем изоляционный слой содержит пористый керамический изоляционный материал с низкой плотностью, имеющий уплотненную часть, которая покрывает внутреннюю поверхность наружного слоя для усиления адгезии.

Пункт 2. Система тепловой защиты по п. 1, в которой уплотненная часть пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью имеет толщину в интервале между около 0,10 дюйма (0,254 см) и около 0,20 дюйма (0,508 см).

Пункт 3. Система тепловой защиты по п. 1, в которой наружный слой содержит тонкопленочный слой упрочненного керамическим волокном неоксидного композитного материала с керамической матрицей, например карбида кремния, упрочненного углеродным волокном, карбида кремния, упрочненного карбидокремниевым волокном, карбида гафния, упрочненного углеродным волокном, борида гафния, упрочненного углеродным волокном, нитрида кремния, упрочненного углеродным волокном, имеющего толщину от около 0,04 дюйма (0,102 см) до около 0,08 дюйма (0,203 см)..

Пункт 4. Система тепловой защиты по п. 1, в которой наружный слой имеет коэффициент теплового расширения около 1,65 част/млн/°F (0,92 част/млн/°С).

Пункт 5. Система тепловой защиты по п. 4, в которой изоляционный слой имеет коэффициент теплового расширения около 1,58 част/млн/°F (0,88 част/млн/°С).

Пункт 6. Система тепловой защиты по п. 5, в которой

(i) внутренний слой содержит слой согласующегося материала, например силикона, или прокладку для изоляции от механического воздействия, который или которая покрывает внутреннюю поверхность изоляционного слоя, и

(ii) комбинация взаимодействующих наружного, внутреннего и изоляционного слоев обеспечивает возможность выдерживания системой тепловой защиты температуры до или выше 3000°F (1649°С) без ухудшения характеристик системы тепловой защиты с сохранением работоспособности указанной части конструкции транспортного средства при максимально допустимой для нее температуре или ниже этого значения.

Пункт 7. Система тепловой защиты по п. 6, в которой слой согласующегося материала адгезивно связан с изоляционным слоем.

Пункт 8. Система тепловой защиты для части конструкции транспортного средства содержит:

наружный жесткий слой, содержащий тонкопленочный слой неоксидного керамического композита для защиты части конструкции транспортного средства;

внутренний конформный слой, согласующийся с частью конструкции транспортного средства; и

жесткий керамический изоляционный слой, находящийся между внутренним и наружным слоями, причем изоляционный слой содержит пористый керамический материал с низкой плотностью, имеющий плотность в интервале между около 12 фунт/фут³ (192 кг/м³) и 25 фунт/фут³ (400 кг/м³).

Пункт 9. Система тепловой защиты по п. 8, в которой тонкопленочный слой неоксидного керамического композита содержит слой карбида кремния, упрочненного углеродным волокном имеющий коэффициент теплового расширения около 1,65 част/млн/°F (0,92 част/млн/°С).

Пункт 10. Система тепловой защиты по п. 9, в которой жесткий керамический изоляционный слой имеет коэффициент теплового расширения около 1,58 част/млн/°F (0,88 част/млн/°С).

Пункт 11. Система тепловой защиты по п. 10, в которой (i) пористый керамический изоляционный материал с низкой плотностью содержит уплотненную часть, которая покрывает внутреннюю поверхность слоя карбида кремния, упрочненного углеродным волокном, для усиления адгезии со слоем карбида кремния, упрочненного углеродным волокном, и

(ii) наружный, внутренний и изоляционный слои в сочетании взаимодействуют, чтобы обеспечить системе тепловой защиты возможность выдерживать температуру до или выше 3000°F (1649°С) без ухудшения характеристик системы тепловой защиты с сохранением работоспособности указанной части конструкции транспортного средства при максимально допустимой для нее температуре или ниже этого значения.

Пункт 12. Система тепловой защиты по п. 11, в которой уплотненная часть пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью имеет толщину в интервале между около 0,10 дюйма (0,254 см) и около 0,20 дюйма (0,508 см).

Пункт 13. Система тепловой защиты по п. 12, в которой внутренний конформный слой связан с вулканизирующимся при комнатной температуре силиконом и покрывает внутреннюю поверхность изоляционного слоя.

Пункт 14. Система тепловой защиты по п. 8, в которой

(i) пористый керамический изоляционный материал с низкой плотностью содержит уплотненную часть, покрывающую внутреннюю поверхность слоя карбида кремния, упрочненного углеродным волокном, для усиления адгезии со слоем карбида кремния, упрочненного углеродным волокном, и

(ii) наружный, внутренний и изоляционный слои в сочетании взаимодействуют, чтобы обеспечить системе тепловой защиты возможность выдерживать температуру до или выше 3000°F (1649°С) без ухудшения характеристик системы тепловой защиты с сохранением работоспособности указанной части конструкции транспортного средства при максимально допустимой для нее температуре или ниже этого значения.

Пункт 15. Система тепловой защиты по п. 14, в которой уплотненная часть пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью имеет толщину в интервале между около 0,10 дюйма (0,254 см) и около 0,20 дюйма (0,508 см).

Пункт 16. Система тепловой защиты по п. 15, в которой слой карбида кремния, упрочненного углеродным волокном, имеет толщину в интервале между около 0,04 дюйма (0,102 см) и около 0,08 дюйма (0,203 см).

Пункт 17. Способ изготовления неоксидного керамического композита для создания комбинированной изолирующей неоксидной системы тепловой защиты повышенной жесткости для части конструкции транспортного средства, включающий:

формирование слоя пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью, имеющего плотность в интервале между около 12 фунт/фут³ (192 кг/м³) и 25 фунт/фут³ (400 г/см³) с получением требуемого размера и формы;

уплотнение части слоя покрытия из пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью для создания многослойной уплотненной части слоя, имеющего плотность в интервале между около 24 фунт/фут³ (384 кг/м³) и 50 фунт/фут³ (801 кг/м³);

совместную обработку многослойной уплотненной части слоя с тонкопленочным слоем неоксидного керамического композита и

покрытие внутренней поверхности слоя пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью слоем согласующегося материала.

Пункт 18. Способ по п. 17, в котором уплотнение части слоя покрытия из пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью включает пропитку части слоя суспензией керамического материала с последующим отверждением, после чего следует пропитка и пиролиз предкерамического полимера, для закрытия пор и, таким образом, создания многослойной уплотненной части слоя.

Пункт 19. Способ по п. 17, в котором уплотнение части слоя покрытия из пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью включает уплотнение части слоя для создания многослойной уплотненной части, имеющей толщину в интервале между около 0,10 дюйма (0,254 см) и около 0,20 дюйма (0,508 см).

Пункт 20. Способ по п. 17, в котором покрытие внутренней поверхности слоя пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью слоем согласующегося материала включает покрытие слоя пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью согласующимся слоем силикона, связанным с вулканизирующимся при комнатной температуре силиконом.

Хотя были показаны и описаны различные аспекты описанных вариантов осуществления, при чтении спецификации специалистам в данной области техники могут прийти в голову модификации. Настоящая заявка включает такие модификации и ограничена только объемом формулы изобретения.

Изобретение относится к тепловой защите транспортных средств. Система (200) тепловой защиты содержит наружный слой (210) для защиты части конструкции транспортного средства. Система (200) тепловой защиты дополнительно содержит внутренний слой (220) для соответствия указанной части (108) конструкции транспортного средства. Система (200) тепловой защиты также содержит изоляционный слой (230), находящийся между внутренним и наружным слоями (210, 220). Изоляционный слой (230) содержит пористый керамический изоляционный материал с низкой плотностью, имеющий уплотненную часть (232), покрывающую внутреннюю поверхность наружного слоя (210) для усиления адгезии. Техническим результатом изобретения является создание эффективной по весу системы тепловой защиты с возможностью выдерживать высокую температуру без ухудшения характеристик системы тепловой защиты, а также повышение простоты изготовления. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система (200) тепловой защиты для части конструкции (108) транспортного средства, содержащая:

наружный слой (210) для защиты части (108) конструкции транспортного средства,

причем наружный слой (210) содержит тонкопленочный слой упрочненного керамическим волокном неоксидного композитного материала с керамической матрицей, и указанный тонкопленочный слой имеет толщину в интервале между около 0,04 дюйма (0,102 см) и около 0,08 дюйма (0,203 см);

внутренний слой (220) для согласования с частью (108) конструкции транспортного средства и

изоляционный слой (230), расположенный между внутренним и наружным слоями (210, 220),

причем изоляционный слой (230) содержит пористый керамический изоляционный материал с низкой плотностью, имеющий уплотненную часть (232), которая покрывает внутреннюю поверхность (212) наружного слоя (210) для усиления адгезии.

2. Система (200) тепловой защиты по п. 1, в которой уплотненная часть (232) пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью имеет толщину в интервале между около 0,10 дюйма (0,254 см) и около 0,20 дюйма (0,508 см).

3. Система (200) тепловой защиты по п. 1, в которой тонкопленочный слой упрочненного керамическим волокном неоксидного композитного материала с керамической матрицей представляет собой карбид кремния, упрочненный углеродным волокном, карбид кремния, упрочненный карбидокремниевым волокном, карбид гафния, упрочненный углеродным волокном, борид гафния, упрочненный углеродным волокном, или нитрид кремния, упрочненный углеродным волокном.

4. Система (200) тепловой защиты по п. 1, в которой наружный слой (210) имеет коэффициент теплового расширения около 1,65 ч./млн/°F (0,92 ч./млн/°С).

5. Система (200) тепловой защиты по п. 4, в которой изоляционный слой (230) имеет коэффициент теплового расширения около 1,58 ч./млн/°F (0,88 ч./млн/°С).

6. Система (200) тепловой защиты по любому из пп. 1-5, в которой

(i) внутренний слой (220) содержит слой согласующегося материала (222), такого как силикон, или прокладку для изоляции от механического воздействия, который или которая покрывает внутреннюю поверхность (234) изоляционного слоя (230), и

(ii) комбинация взаимодействующих наружного, внутреннего и изоляционного слоев (210, 220, 230) обеспечивает возможность выдерживания системой (200) тепловой защиты температуры до или выше 3000°F (1649°С) без ухудшения характеристик системы (200) тепловой защиты с сохранением работоспособности указанной части конструкции транспортного средства при максимально допустимой для нее температуре или ниже этого значения.

7. Система (200) тепловой защиты по п. 6, в которой слой согласующегося материала (222) адгезивно связан с изоляционным слоем (230).

8. Система (200) тепловой защиты по п. 1, в которой изоляционный слой (230) содержит пористый керамический материал с низкой плотностью, имеющий плотность в интервале между около 12 фунт/фут³ (192 кг/м³) и 25 фунт/фут³ (400 кг/м³).

9. Система (200) тепловой защиты по п. 6, в которой слой соответствующего материала (222) соединен с вулканизирующимся при комнатной температуре силиконом (224) и покрывает внутреннюю поверхность изоляционного слоя (230).

10. Способ изготовления неоксидного керамического композита для создания комбинированной изолирующей неоксидной системы (200) тепловой защиты повышенной жесткости для части (108) конструкции транспортного средства, включающий:

формирование слоя пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью, имеющего плотность в интервале между около 12 фунт/фут³ (192 кг/м³) и 25 фунт/фут³ (400 г/см³), с получением требуемого размера и формы;

уплотнение части указанного слоя из пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью для создания многослойной уплотненной части слоя, имеющего плотность в интервале между около 24 фунт/фут³ (384 кг/м³) и 50 фунт/фут³ (801 кг/м³);

совместную обработку многослойной уплотненной части слоя с получением тонкопленочного слоя упрочненного керамическим волокном неоксидного композитного материала с керамической матрицей и

покрытие внутренней поверхности (234) слоя пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью слоем согласующегося материала (222).

11. Способ по п. 10, в котором уплотнение части указанного слоя из пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью включает пропитку части слоя суспензией керамического материала с последующим отверждением, после чего следует пропитка и пиролиз предкерамического полимера для закрытия пор и, таким образом, создания многослойной уплотненной части слоя.

12. Способ по п. 10, в котором уплотнение части указанного слоя из пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью включает уплотнение части слоя для создания многослойной уплотненной части, имеющей толщину в интервале между около 0,10 дюйма (0,254 см) и около 0,20 дюйма (0,508 см).

13. Способ по любому из пп. 10-12, в котором покрытие внутренней поверхности (234) слоя пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью слоем согласующегося материала (222) включает покрытие слоя пористого керамического изоляционного материала с низкой плотностью согласующимся слоем силикона, связанным с вулканизирующимся при комнатной температуре силиконом (224).