Question

宇宙火箭外壳上涂一层特种涂料的原因在哪里

Answer 1

要把人造卫星送入太空,就需要推力很大的宇宙火箭,并且要求火箭的飞行速度达到每秒8公里以上才行.在这样快的速度下,火箭外壳与大气摩擦将会产生上千度的高温.与此同时,当火箭发动机工作时,还要喷出几千度的高温气流,这样一来,火箭尾部就得承受摄氏几千度的高温.一般来说,火箭的外壳是用钛合金、铍合金和铝合金等材料做成的,而这些合金材料很容易传热.要是火箭的外壳直接接触这样的高温,那么火箭外壳的强度将会大大减弱,几千度的高温就很快传到火箭内部,烧坏火箭的各种自动控制仪器和电子元件,火箭也就无法按预定的轨道正常飞行.为了防止几千度的高温传入火箭内部,使火箭内的各种仪表正常工作,人们想办法给火箭外壳涂上一层又轻又薄的特种涂料——耐烧蚀隔热涂料.涂上这种涂料,就好比给火箭穿上了一件石棉衣服,火箭在大气中飞行就安全无恙了.大多数涂料是以有机树脂为基料的.它为什么在高温时,会有不燃烧和隔热的性能呢?人们通过长期的科学实验,发现只要合成一种含有硅、磷、氮、硼、氯等元素的有机树脂,它就具有耐高温和自熄的特性.如果再在这类耐高温的树脂中,加入一些无机填料（如二氧化硅、云母粉、碳硼纤维等）和升华物质（如氧化硒、硫化汞等）,就可以制得一种既耐高温又有良好隔热性能的涂料.这种特种涂料可以采用一般的涂刷、喷、刮的方法,把它紧密地覆盖在火箭的外壳上.当火箭在大气中高速飞行时,火箭外壳和气流摩擦所产生的热量,使涂层中的升华物质渐渐挥发,与此同时,耐高温有机树脂形成了微孔的碳化层.在这个过程中,虽然涂料表面消融了,但也带走了部分热量.留下的碳化层就好象一道隔热的屏障,把外界大部分热量隔绝掉.当然,火箭在高速飞行时,气流有可能把这层碳化层冲走,但是涂层的厚度是根据火箭飞行时间,涂料消融速度和涂层的隔热效果设计的.冲走了一层碳化层,它还“后继有人”,下面没有碳化的涂层又开始“赴汤蹈火”,直到火箭完成飞行使命为止.这种耐烧蚀隔热涂料,除了用于火箭和飞船等航天工具,还可用在飞机发动机的隔热、玻璃钢火箭发射筒的隔热和抗激光穿透等方面.