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申请/专利权人：中国科学院工程热物理研究所

摘要：一种基于粉末填充的固化结构、固化方法及其应用，其中基于粉末填充的固化结构包括：阴面区；阳面区，与所述阴面区间隔设置，能够被光照辐射升温；阻隔框架，设置于所述阴面区和阳面区之间的间隔内，将阴面区和阳面区之间的间隔分隔为若干封闭的粉末腔；以及粉末，填充于所述粉末腔内，所述粉末能够接收阳面区散发的热量而被加热固化。本发明能够利用阻隔框架将阴面区和阳面区之间分隔为若干个粉末腔，将粉末均匀填充，避免其在太空微重力环境下的固化不均匀问题，又能够利用阻隔框架的柔性来提高空间舱体材料的体积利用率，对提升空间舱体材料的技术性能具有重要意义。

主权项：1.一种基于粉末填充的固化结构，其特征在于，包括：阴面区；阳面区，与所述阴面区间隔设置，能够被光照辐射升温，所述阳面区包括：密封层，靠近所述阴面区一侧，用于将所述粉末密封于所述阴面区和密封层之间，所述密封层为耐高温的有机材质，防护层，远离所述阴面区一侧，具有光反射性和隔热性；阻隔框架，设置于所述阴面区和阳面区之间的间隔内，将阴面区和阳面区之间的间隔分隔为若干封闭的粉末腔，所述阻隔框架采用纤维通过纤维铺缝制备而成，所述纤维包括碳纤维、凯夫拉纤维或陶瓷纤维材质；以及粉末，填充于所述粉末腔内，所述粉末能够接收阳面区散发的热量而被加热固化，所述粉末固化成实体结构提供了稳固的支撑力。

全文数据：基于粉末填充的固化结构、固化方法及其应用技术领域本发明涉及一种太空航天设备技术领域，尤其涉及一种基于粉末填充的固化结构、固化方法及其应用。背景技术太空已成为美、俄等军事强国谋求战略制衡、打造非对称军事优势的空间领域，严峻的国际形势迫使我国需要在太空具备相关的大型平台快速建造和部署能力。国际空间站是目前地球外最大的天基平台，建造周期极长、成本极高。火箭土星五号的直径为10米，运载能力有限，而火箭有限的发射尺寸基本决定了未来相关设备的最大直径和运输体积，如果采用现有刚性材料，则其体积与直径将会受制于运载火箭舱体的容积，无法实现10m乃至更大尺寸及直径太空舱的需求，而如果采用柔性材料运输方案，就能够充分利用材料的柔性最大限度地填充整个运载舱，实现大展开比的太空舱设计，而这些功能的实现都急需相关轻量化、抗辐射、抗冲击的空间舱体材料。美国私人太空公司毕格罗宇航公司研制可膨胀式空间舱设计用于太空舱建造，但由于采用地面固化、太空展开的设计，导致其展开比相对较小，需要采用新型固化结构及方法来进一步拓展空间舱及其他太空航天装备平台建造的空间容积。而目前国外针对粉末填充的固化结构、固化方法研究较少，且国内涉及粉末填充材料的研究也相对较少。兰州空间技术物理研究所利用粉末获得薄膜，但是该薄膜实际上是由气体和固体在太空微重力环境下两相流混合而成，其均匀性会有较大问题，且装置比较复杂。如果有机或无机粉末无法在太空中均匀混合，就有可能造成用于太空的基础结构及材料内部存在大量的孔隙，这将严重影响结构的强度和刚度，进而影响材料及结构在太空中的长期使用可靠性，也将极大限制新型固化方法在太空中的使用效果和范围，最终制约大型太空航天设备基础平台的实现。发明内容有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于粉末填充的固化结构、固化方法及其应用，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。为达到上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种基于粉末填充的固化结构，包括阴面区；阳面区，与所述阴面区间隔设置，能够被光照辐射升温；阻隔框架，设置于所述阴面区和阳面区之间的间隔内，将阴面区和阳面区之间的间隔分隔为若干封闭的粉末腔；以及粉末，填充于所述粉末腔内，所述粉末能够接收阳面区散发的热量而被加热固化。作为本发明的另一个方面，还提供了一种利用上述基于粉末填充的固化结构的固化方法，包括以下步骤：所述阳面区受太阳光照射升温后，将热量散发给所述粉末腔内的粉末，当所述粉末达到固化温度时，所述粉末腔内的粉末固化为实体结构。作为本发明的又一个方面，还提供了一种上述基于粉末填充的固化结构在太空舱舱体或其他太空环境结构件中的应用。作为本发明的再一个方面，还提供了一种太空舱体，所述太空舱体包括利用上述基于粉末填充的固化结构在光照下固化形成的太空舱体外壳。从上述技术方案可以看出，本发明基于粉末填充的固化结构、固化方法及其应用至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：1、阻隔框架将阴面区和阳面区之间分隔为若干个粉末腔，将粉末均匀填充，避免其在太空微重力环境下的固化不均匀问题；阳面区，能够被光照辐射升温，使粉末能够接收阳面区散发的热量而被加热固化，固化方式简单，不需要复杂的装置，降低研发成本，提升在太空中的使用效果；2、本发明基于粉末填充的固化结构既可以用于太空舱体的建造，又可以用于深空、月表等其他应用环境结构件的建造，具有使用寿命长、结构重量轻等优点。附图说明图1为本发明实施例一种基于粉末填充的固化结构示意图；图2为本发明实施例一种基于粉末填充的固化结构剖视图；图3为本发明实施例一种基于粉末填充的固化结构阳面区结构示意图；图4为本发明实施例一种基于粉末填充的固化结构使用示意图；图5为本发明实施例一种基于粉末填充的固化结构中空织物纤维柱排列示意图。上述附图中，附图标记含义如下：1-阳面区；2-纤维阻隔框架；3-中空织物纤维柱；4-传感器铺放槽；5-粉末腔；6-阴面区；7-阳光；8-舱内；101-防护层；102-密封层。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。一种基于粉末填充的固化结构，包括：阴面区；阳面区，与阴面区间隔设置，能够被光照辐射升温；阻隔框架，设置于阴面区和阳面区之间的间隔内，将阴面区和阳面区之间的间隔分隔为若干封闭的粉末腔；以及粉末，填充于粉末腔内，粉末能够接收阳面区散发的热量而被加热固化。在本发明的一些实施例中，在每个粉末腔内分别设置若干用于分散粉末的纤维柱，纤维柱一端与阴面区相固定；优选的，纤维柱为中空织物纤维柱。在本发明的一些实施例中，如图1、图2和图4所示，基于粉末填充的固化结构，包括：阳面区1，纤维阻隔框架2，中空织物纤维柱3，传感器铺放槽4，粉末腔5，阴面区6。其中阳面区1主要包含防护层101和密封层102。具体地，纤维阻隔框架2用于阴面区6和阳面区1之间分隔为若干粉末腔5，纤维阻隔框架2形成是通过纤维铺缝而成，其纤维是碳纤维、凯夫拉纤维或陶瓷纤维材质；具有柔性，用于承受舱体膨胀时的拉力，维持太空舱体的外形结构。本发明通过纤维阻隔框架2将阴面区6和阳面区1之间分隔为若干个粉末腔5的设计，将无机粉末均匀填充，避免其在太空微重力环境下的固化不均匀问题。在本发明的一些优选实施例中，如图1、图2和图4，中空织物纤维柱3主要用于将纤维阻隔框架2划分的粉末腔5再进一步划分为局部细小空间，进一步提升粉末分布的均匀性。具体地，如图5，中空织物纤维柱3的排列方式为有序排列，可以是对齐排列，也可以是交错排列，但不局限于此，排列的方式达到与粉末材料的流动性能相协调的效果。主要用于将粉末腔5的大空间拆分成更小的空间单位，便于粉末均匀分布，提升材料及结构的可靠性。中空织物纤维柱3的高度为2～100mm；与粉末腔5的尺寸相匹配，小于等于粉末腔5的高度。具体地，中空织物纤维柱3的材质包括纤维，更具体地，纤维材质为但不局限于碳纤维、芳纶纤维、凯夫拉纤维、陶瓷纤维等。在本发明的一些实施例中，如图3，阳面区1由防护层101和密封层102构成，密封层102，靠近阴面区6一侧，用于将粉末密封于阴面区6和密封层102之间；防护层101，远离阴面区6一侧，具有光反射性。防护层101可以是但不局限于金属涂层或无机物涂层，用于防止太阳辐射对内层密封层102的破坏，防止密封层102在太阳辐射下老化；密封层102为耐高温的有机物，其材质可以为但不局限于聚酰亚胺，密封层102用于粉末舱的密封，避免粉末材料在真空中逸出；防护层的材质可以为但不局限于铝箔或其他金属及无机物；此外，防护层101和密封层102还可以是结合在一起以形成的多层隔热材料MLI；防护层101或者防护层101和密封层102结合在一起形成的多层隔热材料，其具有光反射性和隔热性，但是，在强烈的太阳光照射下，防护层101表面温度升高，逐渐向阴面区6一侧散发热量，与其相紧靠的粉末腔内的温度升高，达到粉末固化的温度，使其粉末固化成实体结构，固化成型的实体结构与防护层101配合起到双重隔热效果。在本发明的一些实施例中，如图1、图2和图4，在纤维阻隔框架2上开设传感器铺放槽4，用于铺设传感器，传感器铺放槽4的一端与外界连通，传感器铺放槽4的另一端与粉末腔5相连通，以供传感器的探测头伸入粉末腔5中。具体地，传感器铺放槽4嵌入纤维阻隔框架2中，传感器探测头伸入粉末腔5内测量粉末的温度、气压、湿度等物理情况，将粉末腔5中的气压、温度、湿度信号传递到控制平台，用以实时监控大型舱体各处的实时状态，保证材料及结构的可靠性和可监测性。具体地，阴面区6主要用于阻隔粉末腔5和内部舱室，用于密封内部舱室，避免粉末进入内部舱室造成空气的污染。具体地，粉末包括有机粉末或者无机粉末，粉末以微细粉末的状态存在，且有机粉末包括但不局限于热固性树脂粉末，具体为环氧树脂系、聚酯系等；主要作用原理为有机粉末加热状态下转变成可塑性粘流状态，随之流动性增大填充粉末腔5，与此同时发生缩合反应，交联密度不断增加，流动性迅速下降，有机粉末融料逐渐固化。采用本发明提供的基于粉末填充的结构解决了粉末未均匀分布的问题，达到了固化均匀的效果。本发明的一些实施例中，其粉末为有机粉末，具体为热固性树脂粉末，阳面区1经太阳光照射加热，向粉末腔5内的粉末散发热量，粉末固化，其阳面区1的防护层101具有光反射性，避免太阳光对密封层102和粉末固化的实体的辐射，以防止材料的老化。本发明的一些实施例中，优选的，其粉末为无机粉末，阳面区1经太阳光照射加热，向粉末腔5内的粉末散发热量，粉末固化，其无机粉末固化为实体后，在太阳辐射的环境下不受材料老化的影响，满足空间舱体长期运行的需要。以下列举具体实施例来对本发明的技术方案作进一步说明：实施例1阴面区6：聚酰亚胺或其他有机物，厚度0.2～20mm；阳面区1，包括密封层102，聚酰亚胺，厚度1～20mm；防护层101，铝箔或其他金属及无机物，厚度0.1～5mm；或防护层101和密封层102结合在一起以形成多层隔热材料MLI，厚度为1～25mm；纤维阻隔框架2：其壁厚为1～10mm，粉末腔5高度为2～100mm，粉末腔5长宽尺寸分别为30mm、30mm；中空织物纤维柱3：材质为碳纤维、芳纶纤维或其他纤维的混合物，其高度为与粉末腔5相同，每个粉末腔5中的中空织物纤维柱3的个数为9个，排列方式为对齐排列；粉末：热固性树脂粉末；填充比例，充满整个空间。固化温度为130℃以上。具体固化方法：太阳光照射在防护层101上，防护层101将太阳光反射，避免透射入密封层102及粉末腔5内；防护层101受太阳光照射升温，将热量散发给粉末腔5内的粉末，当粉末达到固化温度时，即当温度为130℃时，粉末腔5内的粉末固化为实体结构。基于粉末填充的同化结构在太空舱舱体中的应用：阳光7的方向如图4所示直接照射在阳面区1表面上，而舱内8则处在阴面区6一侧。基于粉末填充的固化结构能够形成较大规模的实体结构，纤维阻隔框架2形成舱体的骨架，粉末腔5内的粉体固化形成舱体的壁板，阳面区1成为密封实体结构的外表面，而阴面区6形成舱体的内表面，最终形成太空舱体的外壳。本发明的基于粉末填充的固化结构形成实体，粉末腔5内的粉体固化形成舱体的壁板，不仅为舱体提供稳固的支撑力，而且与阳面区1配合起到隔热的效果，使舱内8保持适宜的温度。本发明基于粉末填充的固化结构既可以用于太空舱体的建造，又可以用于深空、月表等其他应用环境结构件的建造，具有使用寿命长、结构重量轻等优点。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于粉末填充的固化结构，其特征在于，包括：阴面区；阳面区，与所述阴面区间隔设置，能够被光照辐射升温；阻隔框架，设置于所述阴面区和阳面区之间的间隔内，将阴面区和阳面区之间的间隔分隔为若干封闭的粉末腔；以及粉末，填充于所述粉末腔内，所述粉末能够接收阳面区散发的热量而被加热固化。2.根据权利要求1所述的基于粉末填充的固化结构，其特征在于：在每个所述粉末腔内分别设置若干用于分散所述粉末的纤维柱，所述纤维柱一端与所述阴面区相固定；优选的，所述纤维柱为中空织物纤维柱。3.根据权利要求2所述的基于粉末填充的固化结构，其特征在于：所述纤维柱的排列方式为有序排列；优选的，所述纤维柱的排列方式为对齐排列或者交错排列；优选的，所述纤维柱的高度为2～100mm。4.根据权利要求1所述的基于粉末填充的固化结构，其特征在于：在所述阻隔框架上开设传感器铺放槽，用于铺设传感器，所述传感器铺放槽的一端与外界连通，所述传感器铺放槽的另一端与所述粉末腔相连通，以供所述传感器的探测头伸入所述粉末腔中。5.根据权利要求1所述的基于粉末填充的结构，其特征在于，所述阳面区包括：密封层，靠近所述阴面区一侧，用于将所述粉末密封于所述阴面区和密封层之间；防护层，远离所述阴面区一侧，具有光反射性。6.根据权利要求5所述的基于粉末填充的固化结构，其特征在于：所述密封层为耐高温的有机材质，优选的为聚酰亚胺；优选的，所述防护层为涂覆于密封层远离阴面区一侧的金属涂层或者无机物涂层。7.根据权利要求1所述的基于粉末填充的固化结构，其特征在于：所述阻隔框架采用纤维通过纤维铺缝制备而成；优选的，所述纤维包括碳纤维、凯夫拉纤维或陶瓷纤维材质；有选的，所述粉末为无机粉末或者有机粉末。8.一种利用如权利要求1至7任一项所述的基于粉末填充的固化结构的固化方法，其特征在于，包括以下步骤：所述阳面区受太阳光照射升温后，将热量散发给所述粉末腔内的粉末，当所述粉末达到固化温度时，所述粉末腔内的粉末固化为实体结构。9.一种如权利要求1至7任一项所述的基于粉末填充的固化结构在太空舱舱体或其他太空环境结构件中的应用。10.一种太空舱体，其特征在于，所述太空舱体包括利用如权利要求1至7任一项所述的基于粉末填充的固化结构在光照下固化形成的太空舱体外壳。

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