相变涂层的控温性能研究

将具有可逆吸热/放热功能的高比热容材料以微胶囊形式进行包覆后,通过与树脂粘接剂的充分润湿和均匀分散,制备出具有吸/放热和保温功能的热控相变涂层。在相变涂层传热理论模型基础上,研究了不同微胶囊含量和不同厚度涂层的控温性能,并与普通涂层进行了贮热性能对比。结果表明,相变涂层的控温幅度可达到4～10℃。     

SiO2气凝胶复合型隔热涂层的制备及性能研究

目的探究SiO_2气凝胶在复合隔热涂料中的应用,从隔热机理出发,通过降低复合隔热涂层的导热系数,提高反射率、辐射率等方式,使涂层达到隔热降温的目的。方法首先通过单掺实验确定各填料的含量,并采用紫外/可见光/近红外分光光度计、红外辐射率测量仪和自制的测试隔热装置等,分析涂层的发射率、辐射率和隔热性能,最后通过正交实验方法得到最优涂层配方。结果 SiO_2气凝胶能显著降低涂层的导热系数,在此基础上,添加钛白粉、空心玻璃微珠、红外陶瓷粉等颜填料,能有效提高涂层的反射率和辐射率,从而进一步增强了涂层的隔热效果。分别添加质量分数为5%的SiO_2气凝胶、5%的钛白粉、5%的空心玻璃微珠和10%的红外陶瓷粉时,复合隔热涂层具有最优的隔热性能。SiO_2气凝胶复合型隔热涂层的干膜厚度为60μm时,与未涂覆的空白样板对比,温度最高可降低14.8℃。结论 SiO_2气凝胶复合型隔热涂层具有优异的隔热性能,并且具有薄层、轻质、环保等优点,具有一定的实际应用价值。     

PAN预氧丝复合RF气凝胶的性能研究

本文以间苯二酚(C6H4(OH)2)和甲醛(HCHO)为前驱体,碳酸钠(Na2CO3)为催化剂,采用溶胶-凝胶技术、超临界干燥工艺制备了间苯二酚-甲醛(RF)气凝胶。另外,通过添加聚丙烯腈(PAN)预氧丝改善了RF气凝胶的力学性能,制备了PAN预氧丝复合RF气凝胶。文中通过调节质量分数ω、间苯二酚与催化剂摩尔比(R/C值)这两个参数对微结构进行调控,其中选取质量分数ω为15%, R/C值为100和500的气凝胶进行比较,经过分析可知R/C值为100的气凝胶性能优良,复合后样品的比表面积变为618.6 m₂/g,孔体积为2.423 cm₃/g,平均孔径为15.1nm。PAN预氧丝复合后的气凝胶依然具有优异的热学性能,在常温下热导率为0.032W/(m.K)。力学性能有了很好的改善,压缩模量为1.499MPa,比纯RF气凝胶提高了0.6倍。     

溶胶凝胶法制备无机涂层及热防护性能研究

为实现铝合金结构材料在高温环境下的热防护,采用溶胶-凝胶法在铝合金表面制备无机锆溶胶涂层。采用正丙醇锆和冰醋酸制备了稳定性良好的锆溶胶,研究了聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)含量对锆溶胶粒子大小和黏度的影响规律,并分析了PVP对溶胶粒子的作用机制。添加60%(质量分数,下同)SiO_2填料制备无机涂层,并对涂层进行烧蚀考核,对比研究了不同胶粘剂对涂层结构和热防护性能的影响。根据涂层在烧蚀考核中的宏微观响应,分析了无机涂层在高温下的热防护机制。结果表明:冰醋酸添加量为2.6 g时,锆溶胶稳定性最好;添加质量分数为7%PVP优化后,锆溶胶粒子大小均匀并且具有最好的涂覆性;3种不同胶黏剂基涂层在1300℃火焰烧蚀30 s后基体均未发生破坏,水玻璃基涂层烧蚀后发生剥落;较其它胶黏剂涂层,锆溶胶基涂层具有最好的热防护效果。烧蚀过程中,锆溶胶粒子在高温下发生脱水缩合形成纳米氧化锆粒子,弥散分布在填料周围,与填料产生良好的协同隔热作用,使涂层整体具有良好的高温热防护性能。     

SiO2 气凝胶涂料的制备及应用研究进展

SiO2气凝胶自1931年由美国科学家Kistler制备问世以来,因其热导率低、比表面积大、孔隙率大等优异性能一直被研究者所青睐.随着研究的深入,SiO2气凝胶的制备加工工艺得到了优化,使用性能在一定程度上得到了较大提升,研究方向也从早期的制备、性能研究发展到现在的应用研究.现已研制开发出许多具有特殊功能的全新产品,并通过与其他材料的复合得到性能更优越的SiO2气凝胶复合材料,使其在航天航空、军事、建筑、医学等领域得到越来越广泛的应用.在SiO2气凝胶众多应用领域中,其在涂料中的运用是极为重要的一个分支.针对目前SiO2气凝胶涂料推广应用难等现实情况,先对SiO2气凝胶及其涂料制备过程中存在的主要问题做简要阐述,再将利用SiO2气凝胶在某些方面的突出性质而制成的功能涂料进行分类,并从SiO2气凝胶在各种功能涂料中的作用机理出发,对不同功能的SiO2气凝胶涂料的研究进展情况进行归纳总结,在此基础上,展望了未来SiO2气凝胶涂料的发展方向.     

MgO气凝胶制备及结构研究

以甲醇镁为镁源,甲醇和去离子水为溶剂,采用溶胶-凝胶法结合乙醇超临界干燥工艺制备MgO气凝胶,考察去离子水、甲醇、丙三醇对MgO气凝胶凝胶时间及比表面积的影响,采用红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附测试仪等对其结构及形貌进行表征,并且利用同步辐射小角X射线散射(SAXS)对其进行了分形结构分析。结果表明：MgO气凝胶具有丰富的网络骨架结构、高的孔隙率(98%)、高的比表面积(904.9 m₂/g)、较低的密度(0.055 g/cm₃),平均孔径为19.6 nm,属典型的介孔材料,SAXS测试显示MgO气凝胶分形维数为2.32,表面粗糙且疏松,具有明显的孔分形结构。     

SiO2气凝胶绝热涂层隔热与耐高温性能研究

目的探究SiO_2气凝胶在绝热涂层中的应用,利用SiO_2气凝胶的低导热系数、低密度、高孔隙率及低折射率等优异性质,提高涂层隔热性能和耐高温性能。方法通过筛选不同类型的水性树脂和功能填料,选择吸热较少的树脂和隔热性能优异的填料作为绝热涂层的原材料。采用自制隔热装置以及导热系数测量仪,对添加不同质量分数SiO_2气凝胶的绝热涂层的隔热性能进行研究,并采用XRD、FT-IR等多种分析手段,研究涂层加热到200、300、400℃时的物相结构和基团变化。结果水性丙烯酸树脂含吸热基团较少,在相同光照条件下,平衡温度分别比聚氨酯树脂和环氧树脂低0.8℃和1.8℃,适宜作SiO_2气凝胶绝热涂层的成膜物质。涂层隔热性能随SiO_2气凝胶质量分数的增加呈先增强后减弱的趋势,当SiO_2气凝胶质量分数为5%时,涂层的隔热性能最佳,同未添加SiO_2气凝胶的涂层相比,最大温差可达12℃。随SiO_2气凝胶质量分数的增加,涂层的耐高温性能提升,当SiO_2气凝胶的质量分数为7%时,涂层能在400℃高温下保持良好的性能。结论 SiO_2气凝胶对隔热涂层的隔热性能和耐高温性能有较大提升,对SiO_2气凝胶涂层的多领域应用奠定了一定基础。     

水性隔热涂料体系制备及应用研究

目的研制一种柔韧性良好的SiO_2气凝胶涂层。方法以SiO_2气凝胶为主要隔热填料,以水性树脂为基料,在多种功能助剂的配合下,制备轻质高效的隔热涂料,作为中间层漆与水性防腐底漆、水性耐候性面漆配套使用。结果以水性聚氨酯树脂作为基料,当气凝胶添加量为13%~16%时,涂层的导热系数能够达到0.05 W/(m·K)以下,涂层表面不开裂,综合性能较好。气凝胶隔热涂料与水性环氧防腐底漆、水性聚氨酯面漆配套相容性良好。结论将SiO_2气凝胶添加到有机树脂中,制备成具有有机成膜物柔性的水性隔热涂层,在力学性能优异的树脂包裹下,可避免其在形变时发生脆性断裂。涂料简单易行的施工方式,使其不再受被保护部件复杂形状的限制,从而极大地拓展涂层的应用范围。同时,涂层体系集防腐、隔热与装饰一体化,为高效防腐隔热提供了全新的解决方案。     

SiO2气凝胶隔热涂层织物的制备及性能研究

目的提高织物的隔热效果及抗紫外性能。方法以SiO2气凝胶和TiO2为功能粒子,采用聚丙烯酸酯、聚氨酯类粘合剂,在棉织物上制备涂层,研究功能粒子和粘合剂用量对涂层织物隔热效果的影响。结果当涂层剂中粘合剂和去离子水质量比为2∶8,气凝胶加入量为粘合剂和去离子水总质量的10%时,涂层织物的隔热性能最好,较原织物显著提高。此外,SiO2气凝胶-TiO2复合涂层的隔热性能也颇为优异。织物涂覆涂层后,与原织物相比,断裂强力基本不变,撕破强力略有下降,白度提高,抗紫外性能提高,摩擦牢度好。结论采用SiO2气凝胶、TiO2作为功能粒子对织物进行涂层涂覆,其隔热性能显著提高。     

正钛酸锌无机热控涂层制备及其性能研究

目的开展以正钛酸锌(Zn_2TiO_4)为填料的无机热控涂层研究,丰富和发展具有低太阳吸收比(α_S)、高红外发射率(ε_H)的空间稳定热控涂层体系。方法首先以草酸、四氯化钛和氯化锌等为原料,通过共沉淀、高温固相烧结和酸性提纯结合的方法制备了Zn_2TiO_4粉体,并使用XRD和SEM对粉体的晶体结构和微观形貌进行了表征。然后以Zn_2TiO_4为填料,硅酸钾(K_2SiO_3)为粘接剂,配制了热控涂料。采用划格法和热循环试验对涂料的结合力和热环境适应性分别进行了研究。结果酸性提纯处理后,实现了高纯度Zn_2TiO_4填料的制备,粒径为0.5～3μm。Zn_2TiO_4/K_2SiO_3无机热控涂层的太阳吸收比为0.13±0.02,红外发射率为0.90±0.02,划格法的结合力等级为1级,经100次-196～200℃热循环试验后,涂层无脱落现象。结论使用高纯度Zn_2TiO_4填料制得的无机热控涂层具有优异的热控性能,可以满足航天器高效、长寿命的热控设计需求,在航天器外表面具有良好的应用前景。     

电子设备高温环境热控制实验研究

在高温环境下工作,电子设备由于受到外部热量传递和设备运行时产生的热量,使设备内部温度将逐渐升高。为了保证高温环境下的电子设备内部系统的正常工作,本文在不考虑电子设备运行产生热量的情况下,对电子设备在300oC外部环境中持续25min,保证电子设备内部温度不超过60℃,且总加重不大于2kg,进行综合实验研究,确定15mm二氧化硅隔热纤维板和280g36#相变石蜡的复合热控制方法为最佳控温方案。     

CuCo2Be表面等离子喷涂NiAl涂层的物相组成及其形成机理

选用等离子喷涂技术在CuCo2Be合金表面制备了NiAl涂层.用DTA,XRD,SEM,EDS等分析手段探讨了NiAl涂层的形成机理及其组成涂层的化合物、物相的形成特点及规律.结果表明,由DTA分析可知选用的NiAl复合粉末在在600~671.81℃范围内出现两个放热峰,推测在此温度范围内发生两次放热反应;SEM,EDS分析表明,涂层组织呈现明显的层状,镍铝化合物为角状,XRD分析发现涂层物相在成形的不同阶段和时间内其生成的化合物类型、数量都呈现不同的变化.利用XRD,EDS分析界面处各相的生成及元素的分布、扩散情况,研究表明在界处存在一定的元素扩散,界面除了机械锚合也存在一定的微冶金结合.     

EB-PVD热障涂层热循环过程中粘结层的氧化和相结构

采用磁控溅射方法在镍基单晶高温合金基体上沉积Ni-30Cr-12Al-0.3Y（质量分数，％）粘结层，采用电子束物理气相沉积方法（EB－VPD）沉积7％Y2O3（质量分数）－ZrO2陶瓷顶层，结果表明，在热循环过程中，非平衡相t′-ZrO2中的Y2O3含量逐渐减少，t′－ZrO2相逐渐分解成平衡相t-ZrO2（冷却时变转变成斜相）和立方组ZrO2,1050℃循环200次，粘结层氧化物（Al2O3)厚度约为3μm，表明Ni-Cr-Al-Y达宜作粘结层，继续热循环，陶瓷层中出现单斜阳，粘结层中Al贫化，氧化层中出现NiO及尖晶石等，引起应力集中，导致涂层失效。     

防/疏冰涂料的机理及其发展趋势

防/疏冰涂料在冬季低温灾害以及极端冰冻天气所带来的损失面前显得尤为重要,因此解决表面结冰这一问题吸引了大量学者进行研究和讨论。将防/疏冰涂料的机理分为结构型和物理化学型,前者主要形式为在基材表面构建微纳米粗糙结构,后者主要形式为在涂料中添加可以通过自身的物理化学性质防止水滴滞留表面、延缓结冰或使冰易从表面脱落的材料。首先将结构型防/疏冰的微观机理按提出时间的进程进行总结,主要有Young方程、Wenzel方程和Cassie-Baxter方程,然后将现有文献中构建微纳米级粗糙结构的主要方法进行分类。其次,同样将物理化学型防/疏冰的微观机理按提出时间的进程进行总结,物理化学型防/疏冰材料主要有低表面能、光热、相变材料,研究中常将这2种防/疏冰机理结合使用以达到最佳效果。最后展望了防/疏冰涂料的发展趋势,在未来研发过程中,其稳定性、广泛适用性和经济实用性应被充分考虑,这三者并非完全独立,而是相辅相成,可以提升防/疏冰涂料应用的深度和广度,积极响应市场的需求。另外,制定统一的性能测试标准也将更好地助力防/疏冰涂料的研究。     

无相变合金淬火热应力演变机理的理论模型——（3）淬火热应力拓扑模型及形状影响热应力规律

建立了几何拓扑模型和热应力拓扑模型,从这2种拓扑模型的结构、形状和对称性、特别是多次对称轴之间的关系,深入分析了角端、边缘、表层、内部4种淬火模型以及淬火角端效应和动态薄膜效应之间的内在联系,并指出了各种具体的工业实际应用.淬火过程中,热力学拓扑模型的对称轴(特别是n次对称轴)将以变化的θ角围绕几何拓扑模型的对称轴(特别是n次对称轴)不停转动,θ的大小由几何拓扑模型和动态薄膜共同决定,θ=0°或θ很小时,是理想状态层状分布热应力,θ较大甚至接近90°时,发生淬火角端效应和淬火动态薄膜效应.并且热力学拓扑模型的对称轴(特别是n次对称轴)指向的表面出现拉应力,和该轴成垂直方向的表面出现压应力.     

Thermal conductivity and elastic modulus evolution of thermal barrier coatings under high heat flux conditions

Laser high heat flux test approaches have been established to obtain critical properties of ceramic thermal barrier coatings (TBCs) under near-realistic temperature and thermal gradients that may be encountered in advanced engine systems. Thermal conductivity change kinetics of a thin ceramic coating were continuously monitored in real time at various test temperatures. A significant thermal conductivity increase was observed during the laser-simulated engine heat flux tests. For a 0.25 mm thick ZrO₂-8% Y₂O₃ coating system, the overall thermal conductivity increased from the initial value of 1.0 W/m K to 1.15, 1.19, and 1.5 W/m K after 30 h of testing at surface temperatures of 990, 1100, and 1320 °C, respectively, Hardness and elastic modulus gradients across a 1.5 mm thick TBC system were also determined as a function of laser testing time using the laser sintering/creep and microindentation techniques. The coating Knoop hardness values increased from the initial hardness value of 4 GPa to 5 GPa near the ceramic/bond coat interface and to 7.5 GPa at the ceramic coating surface after 120 h of testing. The ceramic surface modulus increased from an initial value of about 70 GPa to a final value of 125 GPa. The increase in thermal conductivity and the evolution of significant hardness and modulus gradients in the TBC systems are attributed to sintering-induced microporosity gradients under the laser-imposed high thermal gradient conditions. The test techniques provide a viable means for obtaining coating data for use in design, development, stress modeling, and life prediction for various TBC applications.     

Microstructure characteristics of coating with amorphous phases prepared from Fe-based alloy powders by plasma spray

In this paper, alloy powders mixed with a molar ratio of Fe ： P ： C of 80 ： 13 ： 7 were sprayed on Q235 steel by plasma spray method to prepare coating with amorphous phases. The phase composition of the mixed alloy powders and prepared coating were characterized by X-ray diffraction （ XRD ）. The morphology and the composition cf the coating were analyzed by scanning eleetron microscopy （SEM） nnd energy dispersive apectroscopy （ EDS ）. In addition, the thermal stability ef the coating with amorphous phases was characterized by differential thermal analyzer （ DTA ）. Tile results showed that, usirtg mixed alloy powders with a molar ratio of Fe： P： C of 80：13：7, the coating containing certain amount of amorphous alloys was suceessathlly prepared through atmospheric plasma spray technique. In the coating, the main phases were determined to be Fe, FeP aad Fe2P. The crystallization of the coating started from about 461°. Tile coating was mechanically adhered to the substrate.