ในทางวิศวกรรมแผ่นกันความร้อนคือส่วนประกอบที่ออกแบบมาเพื่อปกป้องวัตถุหรือผู้ปฏิบัติงานจากการถูกไฟไหม้หรือร้อนเกินไปโดยการกระจาย สะท้อน และ/หรือดูดซับความร้อน^{[ 1 ]}คำนี้มักใช้ในบริบทของการจัดการความร้อนไอเสียและระบบระบายความร้อนจากแรงเสียดทาน แผ่นกันความร้อนมักใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์และอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ^{[ 2 ]}

แผ่นกันความร้อนช่วยปกป้องโครงสร้างจากอุณหภูมิที่สูงเกินไปและการไล่ระดับความร้อนด้วยกลไกหลักสองประการ^{[ 3 ]} ฉนวนกัน ความร้อนและการระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสีจะแยกโครงสร้างพื้นฐานออกจากอุณหภูมิพื้นผิวภายนอกที่สูง ในขณะที่ระบายความร้อนออกไปภายนอกผ่านการแผ่รังสีความร้อนเพื่อให้ได้การทำงานที่ดี คุณสมบัติสามประการที่จำเป็นสำหรับแผ่นกันความร้อนคือการนำความร้อน ต่ำ ( ความต้านทานความร้อน สูง ) การแผ่รังสี สูง และความเสถียรทางความร้อนที่ดี (ความทนไฟ) ^{[ 4 ]}เซรามิกพรุนที่มีการเคลือบการแผ่รังสีสูง (HECs) มักถูกนำมาใช้เพื่อแก้ไขคุณลักษณะทั้งสามนี้ เนื่องจากความเสถียรทางความร้อนที่ดีของเซรามิก ฉนวนกันความร้อนของวัสดุพรุน และ ผล การระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสี ที่ดี ที่ HECs มอบให้

เนื่องจากเครื่องยนต์สันดาปภายในปล่อยความร้อนออกมาเป็นจำนวนมาก^{[ 5 ]}จึงมีการใช้แผ่นกันความร้อนในเครื่องยนต์ส่วนใหญ่เพื่อป้องกันชิ้นส่วนและตัวถังจากความเสียหายจากความร้อน นอกจากการป้องกันแล้ว แผ่นกันความร้อนที่มีประสิทธิภาพยังสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานได้โดยการลดอุณหภูมิในห้องเครื่องยนต์ ซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิของอากาศที่เข้าสู่เครื่องยนต์^{[ 6 ]}ราคาของแผ่นกันความร้อนมีความแตกต่างกันอย่างมาก แต่ส่วนใหญ่ติดตั้งได้ง่าย โดยปกติจะใช้คลิปสแตนเลส เทปทนความร้อน หรือสายรัดโลหะที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ แผ่นกันความร้อนสำหรับรถยนต์มี 3 ประเภทหลัก ได้แก่:

• 

  จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ แผ่นกันความร้อนแบบแข็งมักทำจากเหล็กกล้าแข็ง^{[ 7 ]}แต่ปัจจุบันมักทำจากอะลูมิเนียม แผ่นกันความร้อนแบบแข็งระดับไฮเอนด์บางรุ่นทำจากอะลูมิเนียม ทอง หรือวัสดุผสม โดยส่วนใหญ่จะมีการเคลือบเซรามิกเพื่อเป็นฉนวนกันความร้อนซึ่งช่วยปรับปรุงฉนวนกันความร้อน
• แผ่นกันความร้อนแบบยืดหยุ่นโดยทั่วไปทำจากแผ่นอลูมิเนียมหรือแผ่นทองคำบางๆ ซึ่งมักจำหน่ายในรูปแบบแผ่นเรียบหรือแบบม้วน แผ่นกันความร้อนเหล่านี้มักถูกดัดด้วยมือโดยผู้ติดตั้ง แผ่นกันความร้อนแบบยืดหยุ่นประสิทธิภาพสูงบางครั้งอาจมีส่วนประกอบเพิ่มเติม เช่น ฉนวนเซรามิกที่เคลือบด้วยการพ่นพลาสมาอีกกลยุทธ์หนึ่งที่นิยมใช้ในแผ่นกันความร้อนแบบยืดหยุ่นคือการใช้วัสดุคอมโพสิตพิเศษเพื่อปรับปรุงฉนวนกันความร้อนและลดน้ำหนัก ผลิตภัณฑ์รุ่นใหม่ล่าสุดเหล่านี้พบเห็นได้ทั่วไปในกีฬามอเตอร์สปอร์ตระดับสูง เช่นฟอร์มูล่าวัน

• 

  แผ่นกันความร้อนแบบผ้า (หรือที่เรียกว่าแผ่นหุ้มกันความร้อน) ใช้สำหรับหุ้มฉนวนชิ้นส่วนต่างๆ ของระบบไอเสีย โดยกักเก็บความร้อนที่ปล่อยออกมาจากไอเสียไว้ภายในท่อไอเสีย แทนที่จะปล่อยให้ความร้อนมหาศาลจากชิ้นส่วนเหล่านั้นแผ่กระจายออกไปภายในห้องเครื่องยนต์ แผ่นหุ้มเหล่านี้พบได้บ่อยที่สุดในท่อไอเสียของรถจักรยานยนต์

แผ่นกันความร้อนมักถูกติดตั้งโดยทั้งมือสมัครเล่นและมืออาชีพในระหว่างขั้นตอนการปรับแต่งเครื่องยนต์แผ่นกันความร้อนยังใช้เพื่อระบายความร้อนให้กับช่องระบายอากาศของแท่นยึดเครื่องยนต์ เมื่อรถวิ่งด้วยความเร็วสูงจะมีอากาศไหลเข้าเพียงพอที่จะระบายความร้อนให้กับห้องเครื่องยนต์ใต้ฝากระโปรง แต่เมื่อรถวิ่งด้วยความเร็วต่ำหรือกำลังขึ้นทางลาดชัน จำเป็นต้องมีฉนวนกันความร้อนของเครื่องยนต์เพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนถ่ายเทไปยังส่วนอื่นๆ รอบๆ เช่น แท่นยึดเครื่องยนต์ ด้วยความช่วยเหลือจากการวิเคราะห์ความร้อนที่เหมาะสมและการใช้แผ่นกันความร้อน ช่องระบายอากาศของแท่นยึดเครื่องยนต์สามารถปรับให้เหมาะสมเพื่อประสิทธิภาพที่ดีที่สุด^{[ 8 ]}

เครื่องบินบางลำที่บินด้วยความเร็วสูง เช่นConcordeและSR-71 Blackbirdต้องได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงความร้อนสูงเกินไปในลักษณะเดียวกัน แต่ต่ำกว่า เมื่อเทียบกับสิ่งที่เกิดขึ้นในยานอวกาศ ในกรณีของ Concorde จมูกอลูมิเนียมสามารถมีอุณหภูมิใช้งานสูงสุดถึง 127 °C (ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิอากาศโดยรอบภายนอกถึง 180 °C ซึ่งต่ำกว่าศูนย์) ผลกระทบทางโลหะวิทยาที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงสุดเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดความเร็วสูงสุดของเครื่องบิน^{[ 9 ]}

เมื่อไม่นานมานี้ได้มีการพัฒนาวัสดุใหม่ที่อาจเหนือกว่า RCC ต้นแบบ SHARP (Slender Hypervelocity Aerothermodynamic Research Probe) ใช้เซรามิกอุณหภูมิสูงพิเศษเช่น เซอร์โคเนียมไดโบไรด์ (ZrB2 ₎และแฮฟเนียมไดโบไรด์ (HfB2 ₎ [ ^{10 ] ระบบ}ป้องกันความร้อนที่ใช้พื้นฐานจากวัสดุเหล่านี้จะช่วยให้สามารถทำความเร็วได้ถึงMach 7 ที่ระดับน้ำทะเล Mach 11 ที่ระดับความสูง 35,000 เมตร และปรับปรุงยานพาหนะที่ออกแบบมาสำหรับความเร็วเหนือเสียงได้ อย่างมีนัยสำคัญ วัสดุที่ใช้มีคุณสมบัติในการป้องกันความร้อนในช่วงอุณหภูมิ 0 °C ถึง +2000 °C โดยมีจุดหลอมเหลวที่มากกว่า 3500 °C นอกจากนี้ยังมีความทนทานต่อโครงสร้างมากกว่า RCC จึงไม่จำเป็นต้องเสริมแรงเพิ่มเติม และมีประสิทธิภาพมากในการแผ่รังสีความร้อนที่ดูดซับกลับมา^{[ 11 ]} NASAให้ทุนสนับสนุน (และต่อมาได้ยุติ) โครงการวิจัยและพัฒนาในปี 2544 เพื่อทดสอบระบบป้องกันนี้ผ่านทางมหาวิทยาลัยมอนแทนา^{[ 12 ] [ 13 ]}

คณะกรรมาธิการยุโรปให้ทุนสนับสนุนโครงการวิจัย C3HARME ภายใต้โครงการกรอบงานวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยี NMP-19-2015 ในปี 2016 (ยังคงดำเนินอยู่) เพื่อการออกแบบ พัฒนา ผลิต และทดสอบ วัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์เซรามิกทนไฟสูงชนิดใหม่ที่เสริมแรงด้วยเส้นใยซิลิคอนคาร์ไบด์และเส้นใยคาร์บอนที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมการบินและอวกาศที่รุนแรง^{[ 14 ]}

ยานอวกาศที่ลงจอดบนดาวเคราะห์ที่มีชั้นบรรยากาศเช่นโลกดาวอังคารและดาวศุกร์ในปัจจุบันจะลงจอดโดยการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศด้วยความเร็วสูง โดยอาศัยแรงต้านอากาศแทนที่จะใช้พลังงานจรวดในการชะลอความเร็ว ผลข้างเคียงของวิธีการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศแบบนี้คือความร้อนจากอากาศพลศาสตร์ซึ่งอาจสร้างความเสียหายอย่างร้ายแรงต่อโครงสร้างของยานอวกาศที่ไม่มีการป้องกันหรือมีข้อบกพร่อง^{[ 15 ]}แผ่นกันความร้อนจากอากาศพลศาสตร์ประกอบด้วยชั้นป้องกันที่ทำจากวัสดุพิเศษเพื่อกระจายความร้อน แผ่นกันความร้อนจากอากาศพลศาสตร์พื้นฐานสองประเภทได้ถูกนำมาใช้แล้ว:

• แผ่น กันความร้อนแบบระเหยประกอบด้วยชั้นของเรซินพลาสติก ซึ่งพื้นผิวด้านนอกจะถูกทำให้ร้อนจนกลายเป็นก๊าซ จากนั้นก๊าซจะนำความร้อนออกไปโดยการพาความร้อน แผ่นกัน ความร้อนประเภทนี้ถูกนำไปใช้กับยาน อวกาศ วอสต็อกวอสคอดเมอร์คิวรีเจมินีและอพอลโลและปัจจุบันกำลังถูกใช้โดยยานอวกาศ ดราก้อน 2โอไรออนและโซยุซ ของสเปซเอ็กซ์
  • ยานอวกาศ Vostok 1ของโซเวียต ซึ่งเป็นยานอวกาศที่มีลูกเรือลำแรก ใช้แผ่นกันความร้อนแบบระเหยที่ทำจากผ้าใยหินในเรซิน^{[ 16 ]}ภารกิจ Mercury และ Gemini ที่ตามมาต่างก็ใช้ใยแก้วในเรซิน ในขณะที่ยานอวกาศ Apollo ใช้เรซินเสริมใยควอตซ์^{[ 17 ]}การใช้วัสดุระเหยน้ำหนักเบาพิเศษ (SLA) ครั้งแรกสำหรับยานอวกาศคือสำหรับยานลงจอด Vikingในปี 1976 ^{[ 17 ]} SLA ยังถูกนำมาใช้สำหรับภารกิจ Pathfinderด้วย^{[ 17 ]}วัสดุระเหยคาร์บอนที่เคลือบด้วยฟีนอลิก (PICA) ถูกนำมาใช้สำหรับภารกิจ Stardust ที่ปล่อยในปี 1999 ^{[ 17 ]}
• แผ่นกันความร้อน แบบดูดซับความร้อนใช้วัสดุฉนวนเพื่อดูดซับและแผ่ความร้อนออกจากโครงสร้างของยานอวกาศ แผ่นกันความร้อนประเภทนี้ถูกนำมาใช้กับกระสวยอวกาศโดยมีจุดประสงค์เพื่อให้สามารถนำแผ่นกันความร้อนกลับมาใช้ใหม่ได้โดยมีการปรับปรุงน้อยที่สุดระหว่างการปล่อย^{[ 18 ]}แผ่นกันความร้อนบนกระสวยอวกาศประกอบด้วยกระเบื้องเซรามิกหรือวัสดุคอมโพสิตครอบคลุมพื้นผิวส่วนใหญ่ของยาน โดยมี วัสดุ คาร์บอน-คาร์บอนเสริมแรง ในจุดที่ มีภาระความร้อนสูงสุด(จมูกและขอบด้านหน้าของปีก) ^{[ 19 ]}ซึ่งช่วยปกป้องยานอวกาศเมื่อมีอุณหภูมิสูงถึง 1,648 องศาเซลเซียสระหว่างการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ^{[ 20 ]}เครื่องบินอวกาศของโซเวียตที่รู้จักกันในชื่อบูรานก็ใช้กระเบื้อง TPS ที่คล้ายกับกระสวยอวกาศของอเมริกาเช่นกัน โดยบูรานใช้กระเบื้องเซรามิกที่ด้านล่างของยานอวกาศ และคาร์บอน-คาร์บอนที่กรวยจมูก^{[ 21 ]}
  • กระเบื้องที่ใช้กับกระสวยอวกาศมีปัญหาหลายอย่าง ในขณะที่ความเสียหายเล็กน้อยต่อแผ่นกันความร้อนค่อนข้างเป็นเรื่องปกติ ความเสียหายร้ายแรงต่อแผ่นกันความร้อนเกือบทำให้กระสวยอวกาศแอตแลนติสถูกทำลายในปี 1988 และเป็นสาเหตุของการสูญเสียโคลัมเบียในปี 2003 ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

ด้วยแผ่นกันความร้อน แบบเป่าลมได้ที่เป็นไปได้ ตามที่พัฒนาโดยสหรัฐอเมริกา (Low Earth Orbit Flight Test Inflatable Decelerator - LOFTID) ^{[ 25 ]}และจีน^{[ 26 ]}จรวดแบบใช้ครั้งเดียว เช่นSpace Launch Systemได้รับการพิจารณาให้ติดตั้งแผ่นกันความร้อนดังกล่าวเพื่อยืดอายุการใช้งานของเครื่องยนต์ที่มีราคาแพง ซึ่งอาจช่วยลดต้นทุนการปล่อยจรวดได้อย่างมาก^{[ 27 ]}เมื่อวันที่ 10 พฤศจิกายน 2022 LOFTID ถูกปล่อยโดยใช้ จรวด Atlas Vจากนั้นจึงแยกตัวออกเพื่อกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ^{[ 28 ]}ชั้นนอกของแผ่นกันความร้อนประกอบด้วยเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์^{[ 29 ]} LOFTID ที่กู้คืนมาได้มีความเสียหายเพียงเล็กน้อย^{[ 28 ]}

ระบบระบายความร้อนแบบพาสซีฟถูกใช้เพื่อปกป้องยานอวกาศระหว่างการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโดยจะดูดซับความร้อนสูงสุดและแผ่ความร้อนออกสู่ชั้นบรรยากาศในภายหลัง รุ่นแรกๆ นั้นประกอบด้วยโลหะจำนวนมาก เช่นไทเทเนียมเบริลเลียมและทองแดง ซึ่งทำให้มวลของยานเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้นระบบดูดซับความร้อนและระบบ ระบายความร้อนแบบอื่นๆ จึงได้รับความนิยมมากกว่า

ในยานพาหนะสมัยใหม่ การระบายความร้อนแบบพาสซีฟสามารถพบได้ในรูปของวัสดุคาร์บอน-คาร์บอนเสริมแรงแทนโลหะวัสดุ นี้เป็นส่วนประกอบของระบบป้องกันความร้อนของส่วนหัวและขอบด้านหน้าของกระสวยอวกาศ และได้รับการเสนอให้ใช้กับยาน X-33คาร์บอนเป็นวัสดุที่ทนความร้อนได้มากที่สุดเท่าที่รู้จัก โดยมีอุณหภูมิการระเหิด (สำหรับกราไฟต์ ) ที่ 3825 °C คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการระบายความร้อนแบบพาสซีฟแต่มีข้อเสียคือมีราคาแพงมากและเปราะบาง ยานอวกาศบางลำยังใช้แผ่นกันความร้อน (ในความหมายทั่วไปของยานยนต์) เพื่อป้องกันถังเชื้อเพลิงและอุปกรณ์จากความร้อนที่เกิดจากเครื่องยนต์จรวด ขนาดใหญ่ แผ่นกันความร้อนดังกล่าวถูกใช้ในโมดูลบริการ Apollo และส่วนลงจอดของโมดูลดวงจันทร์ ยานParker Solar Probeซึ่งออกแบบมาเพื่อเข้าสู่โคโรนาของดวงอาทิตย์ มีอุณหภูมิพื้นผิว 2,500 °F ^{[ 30 ]}เพื่อทนต่ออุณหภูมินี้โดยไม่ทำให้ตัวยานหรืออุปกรณ์เสียหาย ยานอวกาศจึงใช้แผ่นกันความร้อนที่ทำจากเซรามิกคาร์บอน-คาร์บอนโดยมีชั้นโฟมคาร์บอนอยู่ตรงกลาง^{[ 31 ]}ยานสำรวจถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 18 สิงหาคม พ.ศ. 2561 ^{[ 32 ]}

แผ่นกันความร้อนมักถูกติดตั้งไว้กับปืนไรเฟิลและปืนลูกซองกึ่งอัตโนมัติหรืออัตโนมัติเพื่อป้องกันไม่ให้มือของผู้ใช้สัมผัสกับความร้อนที่เกิดจากการยิงอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ยังมักถูกติดตั้งไว้กับปืนลูกซองแบบปั๊ม เพื่อให้ทหารสามารถจับลำกล้องปืนขณะใช้ดาบปลายปืนได้

แผ่นกันความร้อนใช้ในอุตสาหกรรมโลหะวิทยาเพื่อป้องกันเหล็กโครงสร้างของอาคารหรืออุปกรณ์อื่นๆ จากอุณหภูมิสูงของโลหะเหลวที่อยู่ใกล้เคียง^{[ 33 ]}

• US6361273B1 – แผ่นกันความร้อนสำหรับกังหันก๊าซ
• [1]
• [2]
• [3]
• [4]