基于三维光子晶体的新型热防护涂层设计与制备技术研究

该课题主要研究的是利用三维光子晶体的特性。具体来说，三维光子晶体具有禁带位置高反射率及禁带附近辐射率增强的特点，因此被设计用于在临近空间运行的飞行器的热防护涂层。

在镍基高温合金表面，设计了一种防热结构，其底层为镍光子晶体，表层为SiC涂层。在这种结构中，镍光子晶体能够对光产生高反射率，将照射到其表面的光反射到外部，从而增强表面SiC涂层的发射率。

通过不同的制备工艺，成功制备了基于光子晶体的热防护涂层。研究人员对涂层的成分、微观组织进行了分析，并对涂层的光学性能进行了表征。利用傅里叶红外光谱仪测试了热防护涂层在高温下的发射率。

研究发现，含有光子晶体的涂层光谱发射率有所提高，提高的原因是表面粗糙度的增加和有序结构形成的相干热辐射。

以实验制备的光子晶体热防护涂层为计算模型，建立了一维三层半透明介质耦合换热宏观模型。该模型用于对不同材料体系和不同的热防护涂层结构进行传热特性的数值计算，并对光子晶体热防护涂层的防护效果进行了性能对比和原因分析。

结果表明，光子晶体能够显著提高涂层的防护效果。

该课题主要是利用三维光子晶体具有禁带位置高反射率及禁带附近辐射率增强的特点，设计出适用于在临近空间运行的飞行器的热防护涂层。在镍基高温合金表面设计出了底层为镍光子晶体，表层为SiC涂层的防热结构，在结构中镍光子晶体可以对光有高的反射率，将传播到其表面的光向外部反射，来增强表面SiC涂层的发射率。利用不同的制备工艺制备出了基于光子晶体的热防护涂层；分析了涂层的成分、微观组织等；对涂层光学性能进行了表征；利用傅里叶红外光谱仪测试了热防护涂层在高温下的发射率。发现存在光子晶体的涂层光谱发射率有一定的提高，提高的原因是表面粗糙度的增加和有序结构形成的相干热辐射。以实验制备的光子晶体热防护涂层为计算模型，建立起一维三层半透明介质耦合换热宏观模型，对不同材料体系、不同的热防护涂层结构进行了传热特性数值计算，对光子晶体热防护涂层的防护效果进行了性能对比和原因分析。发现光子晶体可提高涂层的防护效果。