Назначение и применение
Абляционная теплозащита представляет собой специальное покрытие, которое служит для защиты конструкций от экстремальных температур. Основная сфера её применения — космическая техника. Такое покрытие наносят на корпуса возвращаемых космических аппаратов и головные части воздушно-космических систем, чтобы предотвратить их разрушение и перегрев при стремительном прохождении через плотные слои атмосферы. Кроме того, аналогичные защитные материалы используются внутри камер сгорания и сопел ракетных двигателей, где они предохраняют стенки от воздействия высокотемпературной струи раскалённых газов.
Конструкция и принцип действия
Защитная оболочка монтируется непосредственно на охлаждаемую конструкцию, между ними обычно располагается дополнительный слой теплоизоляции. Ключевой принцип работы абляционной теплозащиты заключается в постепенном разрушении самого защитного слоя. При нагреве материал теплозащиты не плавится, а подвергается сложным физико-химическим процессам: сублимации, разложению и испарению. На это расходуется колоссальная тепловая энергия, которая отводится от защищаемой конструкции вместе с продуктами разрушения.
Требования к материалам
Материалы для такой теплозащиты должны обладать исключительно высокой температурой начала активного разложения и фазового перехода. Широкое распространение получили композиты на основе пластмасс, в частности, кремнийорганических и других синтетических смол. Для усиления их термостойкости и механических свойств в состав вводят специальные наполнители. Наиболее часто в этой роли выступает графит (углерод), который сам по себе является тугоплавким материалом. В качестве альтернативных или дополнительных наполнителей применяются кварц (диоксид кремния) и различные карбиды металлов, например, карбид кремния, которые значительно повышают стойкость покрытия к тепловым нагрузкам и эрозии.