高超声速飞行器陶瓷复合材料与热结构技术研究进展

高超声速飞行器热防护材料与结构是关系高超声速飞行器安全的关键热防护技术.陶瓷复合材料具有耐高温和稳定性好等优点,成为高超声速飞行器高温区和大面积区域所用的最重要的热防护结构材料.回顾了陶瓷复合材料在高超声速飞行器热防护系统中的应用,从材料制备、抗氧化以及物理性能等方面综述了美国陶瓷隔热材料和陶瓷防热材料技术研究进展与应用现状,详细介绍了陶瓷材料与结构的最新研究进展,特别是新型的防热-隔热一体化陶瓷瓦,总结了陶瓷瓦所采用的热防护技术的改进升级,指出了高超声速飞行器陶瓷材料与结构面临的挑战,最后展望了应用于高超声速飞行器中的陶瓷复合材料与结构的未来发展方向.     

空天飞行器用热防护陶瓷材料

拓展现有热防护系统及相关热防护材料的耐极端环境能力、探索新的热防护材料体系是发展高超声速飞行器和空天飞行器的关键技术之一。本文在对空天飞行器用热防护材料的基本需求以及热防护材料的发展历史进行简要的介绍上,着重对陶瓷基热防护材料的研究历史及现状进行了全方位回顾,并提出了今后的发展方向,以期为未来进一步发展更加高效、可靠的热防护材料提供参考。     

非烧蚀热防护材料研究现状及发展趋势

高超声速飞行器的热防护材料与结构是关系到飞行器安全可靠飞行的关键因素,本文在查阅国内外文献基础上,简要总结了国内外几种非烧蚀热防护材料的研究现状,并对重点应用的几种非烧蚀热防护材料下一步的发展趋势进行了展望。     

高温透波陶瓷材料研究进展

透波陶瓷材料已成为高超声速飞行器天线罩、天线窗等部件的关键候选材料。因此,如何有效提升透波陶瓷材料的耐温、透波、承载等特性是发展高超声速飞行器的关键技术之一。本文针对高超声速飞行器对透波陶瓷材料的技术要求,阐述了透波陶瓷材料的发展历史,着重对现有透波陶瓷材料体系及其透波特性测试方法和原理的研究历史和现状进行了全面回顾,并提出今后的发展方向。本文旨在为未来新一代高超声速飞行器的设计提供参考。     

高温陶瓷纤维/高温陶瓷基复合材料研究进展

耐高温陶瓷纤维增强高温陶瓷被认为是改善高温陶瓷材料断裂韧性低(脆性大)、高温强度低、抗热震性能差等突出问题的有效途径。利用高温陶瓷纤维复合高温陶瓷所获得的复合材料在极端环境中能够保持稳定的物理和化学性质,是高超声速飞行器和大气层再入飞行器鼻锥及前缘等部件最有前途的候选热防护材料。本文主要对近年来高温陶瓷纤维、高温陶瓷基体及其复合材料的材料体系、制备工艺、性能特点及应用前景等研究成果进行了归纳、总结,分析了高温陶瓷复合材料的优缺点,提出了存在的主要问题,并探讨了今后的主要研究目标和重点发展方向。     

无机纤维隔热材料在航空航天热防护工程中的应用

无机纤维质制品具有多孔、质轻、低导热的优良性能。适用于航空航天武器不同隔热材料的需求，笔者介绍了该类材料在先进武器热防护工程中的应用现状和我国纤维质隔热材料的发展前景。     

耐1500℃超高温轻质高效隔热材料的制备及性能的初步表征

针对新型高速飞行器对超高温热防护材料的需求,以超细直径耐高温陶瓷纤维和高温粘结剂为主要原料,通过纤维短切-湿法成型-高温热处理等工序制备了轻质高效隔热材料。对高温隔热材料的微观结构、热物理性能及力学性能进行了表征和分析。结果表明:短切纤维在隔热材料内部无序排列,形成了三维网络结构,具有较高的孔隙率,而且纤维与纤维搭接处具有良好的节点,因而材料具有一定的力学性能。材料在1500℃/h处理后,线收缩2%,密度为0.35g/cm3的隔热材料厚度方向压缩强度1MPa,室温热导率0.07 W/m·K。     

面向高超声速飞行的碳氢燃料吸热反应研究进展

飞行器速度的提高是航空航天领域的重要研究方向,基于此,发展高超声速飞行器技术具有重要的经济和军事意义。吸热型碳氢燃料为高超声速飞行器提供了重要保障。主要介绍了吸热型碳氢燃料及其吸热反应发展情况,重点关注了裂解和重整反应,分析了反应条件对热裂解反应的影响,考察了燃料分子结构与热裂解反应的关系,介绍了分子筛、金属和活性炭3种裂解催化剂的性能,同时总结了催化重整反应的研究进展。     

某型含玻璃纤维防热涂料喷涂缺陷研究

含玻璃纤维防热涂料被广泛应用于高超声速飞行器表面热防护。主要介绍了一种含玻璃纤维防热涂料喷涂工艺,针对产生的喷涂缺陷进行机理分析,从涂料黏度、环境温度、喷涂气压、静电释放措施4个方面进行改进,最终有效改善了该类缺陷。     

ZrB_2基超高温陶瓷材料抗热震性能及热震失效机制研究进展

ZrB_2基超高温陶瓷具有高熔点、较高的强度、高热导率等优点,是一种性能优异的高温结构材料,成为高超声速飞行器关键热部件的首选候选材料。介绍了ZrB_2的基本性能,以及ZrB_2基超高温陶瓷材料的抗热震性能及改进情况,讨论了表面热交换系数梯度对材料热震行为的影响,对超高温陶瓷材料的热震行为和热震失效机制有了新的认识,为材料在实际服役条件下的性能预测提供参考,并为材料抗热震性能的提高提供了新的研究思路。     

生物质基多孔材料在保温材料中的研究进展

环保、节能、高效是保温材料未来的主要研究方向,开发以生物质为原料的保温材料是未来趋势。生物质基多孔材料是指以可再生的生物质为前驱体制备的多孔材料,其原料来源广,制备方法多样,具有孔隙率高、密度小、质量轻等优异特点,在保温领域有很大的应用潜力。本文概述了多孔材料的保温机理,并综述了近几年国内外对纤维素基、淀粉基、壳聚糖基、植物蛋白基多孔材料的研究,重点介绍了表面活性剂发泡法、冷冻干燥法、致孔剂法、模具热压法、溶剂交换相分离法等在生物质基多孔材料制备中的应用。分析了生物质多孔材料存在的问题,并对多孔保温材料未来的研究方向进行了展望。     

Fire reactions of ceramic and polymer moulding composites

Abstract

Abstract

Low cost ceramic dough moulding compounds/composites (CDMC) are composed of inorganic metal silicates and chopped fibre reinforcements. This paper investigates the fire reactions of these materials under severe thermal and heat conditions. This research is targeted to potential applications in the replacement of glass fibre reinforced polymeric insulation materials such as phenolic composites as engine heat shields which experience high temperature and heat transmission. The materials developed can provide good properties, including heat insulation with high thermal stability for engine drafts, where traditional glass/phenolic composites were used and gave a very short life cycle. This work compares the thermal properties of the glass fibre reinforced phenolic composites and metal silicate composites produced under the same processing conditions. The results show that CDMC possesses significantly better thermal stability and heat resistance in comparison with phenolic moulding composite (phenolic dough moulding composites). The indication was that under the testing condition of heat flux of 75?kW?m^?2 intended for materials used for applications in marine, transport and possibly nuclear waste immobilisation, the integration of the CDMC was kept intact and survived as a high temperature insulation material.     

无卤阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的研究进展

在阐述塑料应用领域分布、燃烧特性及无卤阻燃优势的基础上,重点关注了我国新兴战略产业节能环保对建筑保温材料的需求。从生物基多元醇、反应型与传统添加阻燃结合、表面处理及催化成炭抑制烟毒等方面,综述了近些年无卤阻燃聚氨酯泡沫塑料的研究进展;归纳了应用研究中针对的问题,反映了阻燃材料应用研究的发展趋势,为深入阻燃研究及推进产业应用提供了参考。     

聚苯乙烯泡沫塑料保温材料的研究进展

基于聚苯乙烯泡沫塑料保温材料的应用和研究,综述了保温材料的研究现状,从影响保温材料保温性能的三大因素——耐火性能、导热率、吸水率进行具体分析;然后基于聚苯乙烯泡沫塑料保温材料的研究现状,概述了聚苯乙烯泡沫塑料的优势,并分析了其耐火性能和保温性能,发现聚苯乙烯泡沫塑料在保温方面效果显著;聚苯乙烯泡沫塑料保温材料可以应用于...     

二氧化硅气凝胶复合隔热材料研究进展

二氧化硅气凝胶具有高孔隙率、低热导率等特点,使其成为新型超级隔热材料。然而,二氧化硅气凝胶的柔韧性、整体性差,并且常温干燥制备的气凝胶在高温时热导率迅速上升,这些都大大限制了二氧化硅气凝胶的应用。近些年,通过原位溶胶-凝胶法和模压成型法制备得到的二氧化硅气凝胶复合隔热材料,在一定程度上提高了其韧性、整体性和高温隔热性能,使得二氧化硅气凝胶作为单独块体隔热材料成为可能。本文阐述了二氧化硅气凝胶隔热材料的隔热机理,综述了近年来抗辐射型、纤维增强型和聚合物增强型二氧化硅气凝胶复合隔热材料的研究现状,最后讨论了该领域今后研究趋势。     

A comparison of ablative resistance properties of liquid silicone rubber composites filled with different fibers

Flexible ablative materials play a key role in thermal protection systems to protect space vehicles during hypersonic flight missions. In this work, epoxy resin modified liquid silicone rubber was adopted as elastomeric matrix. Two inorganic fibers (carbon fibers (CF) and quartz fibers (QF)) and two organic fibers (aramid fibers (AF) and poly (p-phenylene benzobisoxazole) fibers (PBO)) were chosen as functional fillers. The ablation resistance and thermal insulation properties were evaluated using oxyacetylene torch test. Microstructure and phase composition of the char layer was fully characterized to investigate the ablation mechanism. SEM observations revealed that the fibers are well dispersed and integrated in the matrix. TGA analysis indicated that the inorganic fibers possess significantly higher thermal stability than organic fibers. In addition, a molten silica film can be formed on the material surface, which can exert a better thermal protection effect on the matrix. Furthermore, the ablation test shows that the linear ablation rate decreases first and then increases with an increase of fiber content. This work provides basic data to guide optimal selection of fibrous ablatives to enhance ablation performance.     

氧化硅气凝胶绝热材料及其建筑减碳应用

无机氧化硅气凝胶因具有超低导热系数、A级不燃、吸湿率低、轻质等特点,在航天航空、工业及建筑领域的节能减碳方面具有广泛的应用潜力。然而氧化硅气凝胶力学性能差、制备成本高等缺点限制了其发展应用。介绍了氧化硅气凝胶绝热材料制备工艺的研究进展,对氧化硅气凝胶在建筑领域的应用形式（如超轻气凝胶泡沫混凝土、超高性能气凝胶保温隔热板、超低传热系数气凝胶节能玻璃等）进行了综述,并对氧化硅气凝胶在建筑节能领域的发展方向进行了展望。响应碳中和发展目标,随着气凝胶制备技术的发展与成本降低,氧化硅气凝胶绝热材料将在建筑墙体保温隔热方面广泛应用,同时对其性能提出了更多功能性要求,对氧化硅气凝胶材料还需开展更系统的基础研究以及工程应用技术研发,推动建筑领域的节能减碳与可持续发展。     

高温隔热涂料的保温隔热性能改进探讨

针对超过800℃条件下使用的高温隔热涂料,从涂料的填料入手并利用聚氨酯泡沫塑料作辅助隔热层,使其保温隔热性能得到改进和提高,在一定条件下满足因产品升级而对保温隔热性能提高的要求,通过中空填料的运用和高温隔热涂料+聚氨酯泡沫塑料的复合隔热涂层,提高了耐高温隔热涂料的保温隔热性能,延长保温隔热涂料的有效隔热时间。     

输油管道保温技术及应用研究进展

综述了国内外各类保温材料和保温管道结构的技术现状及应用研究进展;分析了不同保温材料的隔热性能、力学性能、微观结构等特点,包括实心保温材料、无机及有机发泡材料、复合保温材料和相变储能材料;介绍了各类结构的输油管道的加工工艺、结构设计等特点,包括管中管结构、单壁管、技术管系统和复合保温软管;并对目前保温输油管道的材料及结构的应用和发展进行了讨论。