高温真空多层隔热材料制备及其热物性研究

研制成功一种用于高温目的的真空高效隔热材料(以下简称高温多层隔热材料),该材料由铝箔或镍箔与石英纤维席复合而成。测量了该材料从室温到1000℃的有效导热系数,研究了铝箔和镍箔表面发射率、层密度和真空度对多层隔热材料有效导热系数的影响。结果表明该材料有效导热系数低于一般隔热材料约1～2个数量级。     

高效隔热材料掺TiO2及玻璃纤维硅石气凝胶的研制

研究了掺ＴｉＯ２粉末物玻璃纤维的硅石气凝胶的热导率与气压，温度的关系，结果表明，这种掺杂的硅石气凝胶在高温下具有比普通隔热材料低得多的导热系数，因此用来作为高效高温隔热材料将颇具前景。     

基于SLS的高强度低密石墨陶瓷复合隔热材料快速制备

本文率先利用选择性激光烧结技术快速制备了高强度石墨陶瓷复合隔热材料,重点研究了二次固化、真空压力浸渍、碳化和高温烧结等后处理工艺以及材料配方组成对其密度、抗压强度和导热系数的影响。研究发现加入适量的硅粉和可膨胀石墨可以对石墨陶瓷复合隔热材料的密度、抗压强度和导热系数进行调控,采取合适后处理工艺路线可以改变石墨陶瓷复合隔热材料的综合性能。最终实现了低密度(<1.2 g/cm^3)、高抗压强度(>10 MPa)、低的导热系数(<2 W/(m·K))和耐高温(>1650℃)等多个性能指标的统一,满足了工业应用需求。     

航天器热控材料及应用研究进展

热控材料是实现航天器热控功能的重要介质,是航天器热控技术发展的基础。航天器热控系统中大量使用多层隔热材料、导热材料、热控涂层、界面材料等均是利用材料自身热物理特性实现航天器温度场的控制。本文从航天器热控材料工程应用角度,综述了航天器热控系统常用的隔热材料、高导热材料、涂层材料及界面材料等四类热控材料的研究与空间应用进展,分析了未来空间科学探测、低温推进剂在轨贮存等空间应用场景在深低温及高温环境下对热控技术的发展需求,提出了对深低温和高温环境下高效隔热材料、特种涂层材料等航天器热控材料的发展建议。     

高温非稳态隔热效果评价装置的设计及应用

高速飞行器的热防护主要集中在对气动加热和动力装置的热防护,隔热材料性能的稳定性是热防护的主要内容.在材料研制阶段,就需要考虑如何对该环境所用隔热材料的隔热效果进行评价.高速飞行器的隔热过程是一个非稳态的传热过程,无法通过稳态传热的平板导热仪进行评价,而激光导热仪虽然是非稳态传热,但不适用于多孔、低导热系数材料的测定.因此针对高温非稳态隔热效果缺乏有效的评价方法,为此研制了氧乙炔焰热实验评价装置.该装置模拟隔热材料的使用环境,为初步判定材料隔热性能的优劣提供实验基础,本文对该评价装置的设计及应用进行了介绍.     

SiO2二维纳米链的导热系数尺寸效应数值模拟

纳米隔热材料具有优良的隔热性能,在高超声速飞行器热防护技术中有着广泛应用前景。针对纳米隔热材料固体构架导热系数的尺寸效应,基于声子辐射传输方程建立了声子导热的二维计算模型,采用离散坐标法进行数值计算,以SiO2二维纳米链为例,对其横向及纵向导热系数尺寸效应进行了数值模拟。模拟结果表明,SiO2纳米隔热材料的二维纳米链导热具有明显尺寸效应,导热系数主要受纳米链直径影响,对直径2～4nm的纳米链,其导热系数比块材的导热系数小15%以上,研究结果对认识纳米隔热材料内固体构架热量传递机理具有一定指导作用。     

轻薄柔性多层隔热材料研究进展

对隔热材料的分类、国内外柔性隔热材料的研究现状及存在的问题进行了概括性的论述,说明了多层柔性隔热材料的设计原理及材料筛选对隔热效果的影响,从而指出SiO2气凝胶是目前固体中最好的隔热材料,高真空多层绝热是当前绝热性最好的一种绝热方式,亦称为"超级绝热",其导热系数比空气的导热系数还要低2个数量级.最后指出了理想轻薄柔性隔热材料的结构与组成.     

可膨胀微球/硅橡胶泡沫隔热保温材料的制备及性能表征

采用物理发泡法,以可膨胀微球(EM)为发泡剂,甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)为基体,制备了EM/MVQ泡沫隔热材料,探究了发泡温度和发泡剂用量对硅橡胶泡沫材料性能的影响。采用体式显微镜、导热系数仪、万能力学试验机、热重分析仪等表征了泡沫隔热材料的微观结构和性能。结果表明,可膨胀微球最合适的发泡温度为100℃;随着发泡剂用量的增加,EM/MVQ泡沫隔热材料的导热系数和拉伸强度均下降。当发泡剂用量为20g/100g MVQ时,EM/MVQ泡沫隔热材料的导热系数为0.505 W/(m·K),拉伸强度为1.057 MPa。     

纳米孔 SiO2多层隔热材料的制备和结构优化设计

以SiO2粉体为主要原料,加入石英纤维和硬硅钙石晶须作为增强材料,通过湿法工艺制备了纳米孔SiO2.制备的纳米孔SiO2密度为0.3g/cm3,孔隙率为85％左右.孔隙直径主要分布在20到80nm之间.由于大量纳米孔的存在,纳米孔SiO2中固相导热和对流传热大大降低.为了降低纳米孔SiO2的高温辐射传热,采用辐射屏蔽层与纳米孔SiO2叠层复合来制备纳米孔SiO2多层隔热材料.采用有限元方法,通过传热计算得到纳米孔SiO2多层隔热材料等效导热系数随辐射屏蔽层的发射率、层密度及工作温度的变化规律.提出了纳米孔 SiO2多层隔热材料的结构优化设计方案.     

轻质复合材料高温隔热性能

设计了一套隔热材料高温(>1200℃)隔热效果的测试装置, 可对隔热材料进行快速、 低成本的有效测试和筛选。采用本装置在材料热面中心温度为1600℃±10℃时, 考察了碳/酚醛复合材料和ZrO₂纤维板材料背部升温历程, 评价了2种材料的隔热性能, 并采用有限差分法数值模拟了ZrO₂纤维板材料背部升温历程, 预测其有效导热系数。研究表明, 在加热初期400s时间内, 碳/酚醛复合材料的隔热性能优于ZrO₂纤维板的隔热性能, 后期则相反; ZrO₂纤维板的隔热性能与体积密度有关, 有效导热系数随温度升高而非线性地增大。      

低温容器隔热结构的分析

讨论了在干冰温度以下工作的低温容器的隔热,提出了双层隔热结构型式。用热阻分析的方法对隔热材料不出现冷缩、外壳不出现凝露的温度条件进行分析,导出了两种隔热材料的厚度关系、隔热结构最小热阻和限定单位漏热量时热阻的计算式。     

航天器用十一种热控材料热物理性质及其与显微组织和工艺因素关系的研究

应用自行研制的激光脉冲法热导仪、小平板稳态法热导仪、铜卡计和冰卡计法比热仪, 对航天器用的十一种热控材料的导热系数、导温系数和比热及其与材料显微组织和工艺因素的关系进行了实验研究. 结果表明, 在室温至1800℃温区内, 绝热材料和防热材料的导热系数均随温度升高而增大, 多孔绝热材料的有效导热系数是由多种导热因子相互作用的结果, 并存在对应于最小导热系数的最佳密度. 所得数据为热控材料的优选提供了科学判据, 亦为航天器的热控系统热设计提供了参数.     

复合气凝胶的热物性研究

气凝胶是一种以纳米粒子或高聚物分子为骨架组成的超低密度多孔性非晶固体材料,是通过溶胶一凝胶技术和超临界干燥技术制备的,具有许多特殊的性质,但由于气凝胶质地较脆,不易施工,限制了大范围的实际应用,因此采用纤维增强的复合气凝胶是提高气凝胶综合性能的途径之一.本文就纤维增强复合气凝胶的隔热性能、耐火分隔性能等热物性进行了研究...     

VIP绝热性能及其影响参数分析

真空绝热板（VIP）具有10倍于传统绝热材料的优异绝热性能。对VIP有效导热系数进行了分析，表明影响VIP绝热性能主要是固体导热和辐射传热，而气体导热和对流换热可忽略不计。影响VIP整体绝热性能的因素主要有温度、气体压力、含湿率、芯材密度及芯材颗粒度等参数。     

高温隔热用微纳陶瓷纤维研究进展

陶瓷纤维具有密度低、强度高、耐高温、抗氧化和耐机械震动性能好等优点,是空天飞行器、核能发电和化工冶金等热防护领域所需的关键高温隔热材料.传统陶瓷纤维直径粗(?>5μm)、脆性大、热导率高,在实际隔热领域应用中受到了极大限制.减小纤维直径,制备微纳陶瓷纤维,不仅有利于提高纤维力学性能,还有望改善其高温隔热性能,近年来引起...     

SiO2气凝胶改性瓦楞纸板性能研究

目的应用SiO₂气凝胶疏水隔热水性涂料对瓦楞纸板表面进行改性,探究其对瓦楞纸板力学性能、疏水性能、隔热性能的影响。方法通过机械共混和表面改性相结合的方式制备疏水隔热水性涂料,采用线棒涂布器涂布于瓦楞纸板表面,通过测试纸板表面的接触角检验疏水效果,并测试改性后纸板的边压强度、平压强度、戳穿强度和压痕强度;制备90 mm×90 mm×100 mm的隔热包装箱,通过融冰试验测试其隔热效果。结果经SiO₂气凝胶疏水隔热水性涂料改性后的纸板接触角为91.75°,提高了6.25°。改性后纸板的横向边压强度、平压强度、戳穿强度和纵向压痕强度分别提高了5.6%,0.6%,2.4%和2.7%。当SiO₂气凝胶的质量分数为2%时,改性后的纸板具有最优的隔热性能。当湿膜厚度为60μm时,与未涂布的原瓦楞纸板相比,温度可降低13.6℃结论该方法扩大了SiO₂气凝胶在包装行业的应用范围,能为未来保温包装材料提供参考。     

Hollow‐Structured Materials for Thermal Insulation

Heating and cooling represent a significant portion of overall energy consumption of our society. Due to the diffusive nature of thermal energy, thermal insulation is critical for energy management to reduce energy waste and improve energy efficiency. Thermal insulation relies on the reduction of thermal conductivity of appropriate materials that are engineerable in compositions and structures. Hollow‐structured materials (HSMs) show a great promise in thermal insulation since the existence of high‐density gaseous voids breaks the continuity of heat‐transport pathways in the HSMs to lower their thermal conductivities efficiently. Herein, a timely overview of the recent progress in developing HSMs for thermal insulation is presented, with the focus on summarizing the strategies for creating gaseous voids in solid materials and thus synthesizing various HSMs. Systematic analysis of the documented results reveals the relationship of thermal conductivities of the HSMs and the size and density of voids, i.e., reducing the void size below ≈350 nm is more favorable to decrease the thermal conductivity of the HSMs because of the possible confinement effect originated from the nanometer‐sized voids. The challenges and promises of the HSMs faced in future research are also discussed.     

C/C密度梯度材料的热学及力学性能研究

C/C密度梯度材料的研究在国内尚属于空白,本文作者研究了C/C复合材料的导热系数与密度间的关系,并对比密度均匀材料与密度梯度材料的导热系数和力学性能,从理论上探索C/C密度梯度材料的应用前景。为进一步开发C/C密度梯度材料提供了理论依据。     

绝热材料放气速率测试台研制

高真空条件下,绝热材料的放气速率会影响低温容器的真空性能,从而影响其绝热性能。根据GB/T31480-2015,搭建了绝热材料放气速率测试平台。通过本底放气速率的测定,验证了该测试平台的可靠性;利用静态法测试了某型号多层绝热材料的放气速率,给出了试验数据。本试验台将为绝热材料的应用及低温容器的设计提供数据支撑。