作為一種新型材料,氣凝膠因其多納米孔隙、密度低、隔熱性能好等特點(diǎn),在各種生活領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用,在航天器的隔熱領(lǐng)域應(yīng)用前景尤為廣闊。但是氣凝膠存在力學(xué)性能差,比較脆性,受力程度低,無法直接作為隔熱材料;泡沫金屬具有低密度、低熱導(dǎo)率、力學(xué)性能優(yōu)秀且耐高溫等特點(diǎn),然而相比氣凝膠,它受輻射影響較大,熱導(dǎo)率更高。綜合這兩種材料的特點(diǎn),將氣凝膠和泡沫金屬進(jìn)行復(fù)合以期制備出有良好隔熱性能的新型隔熱材料。本文采用了數(shù)值模擬方法分別研究了以Al2O3氣凝膠為主體的Al2O3_SiO2_ZrO2多元復(fù)合氣凝膠、泡沫鎳、Al2O3_SiO2_ZrO2多元復(fù)合氣凝膠/泡沫鎳復(fù)合結(jié)構(gòu)的隔熱性能。采用comsol軟件建立了球棍模型,并分別對(duì)SiO2氣凝膠、ZrO2氣凝膠、Al2O3氣凝膠及不同n（Al）:n（Si）:n（Zr）比例的Al2O3_SiO2_ZrO2多元復(fù)合氣凝膠進(jìn)行了模擬傳熱分析,得出導(dǎo)熱性能最佳摩爾比為12:4:2,此比例下的復(fù)合氣凝膠相比純Al2O3氣凝膠,300K溫度下有... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

泡沫金屬表征模型

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文4低密度、高比表面積、低熱導(dǎo)率的性能優(yōu)點(diǎn)[14]，氣凝膠的優(yōu)越性能使它在光學(xué)、電學(xué)、熱聲學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域備受青睞[15]。圖1-2二氧化硅氣凝膠結(jié)構(gòu)圖（1）氣凝膠的發(fā)展背景1931年s.s.kistler采用溶膠/凝膠法搭配超臨界干燥法首次成功制備出了SiO2、Al2O3和Fe2O3等氣凝膠；1966年J.B.Peri利用硅脂通過溶膠/凝膠法也制備了SiO2氣凝膠，但是他制備工藝的干燥周期相比之前的學(xué)者干燥周期得到很大程度的縮短，進(jìn)一步的促進(jìn)了氣凝膠的發(fā)展；1980開始?xì)饽z已經(jīng)得到了應(yīng)用，Cerenkov便在探測(cè)器的部件上應(yīng)用了氧化硅氣凝膠，20世紀(jì)80年代末，R.W.Pekala等人采用Resorcin和Formaldeh作為原料，利用溶膠/凝膠法制備了RF有機(jī)氣凝膠，炭化后得到了碳?xì)饽z；1985年Tewari將CO2作為超臨界干燥介質(zhì)順利地進(jìn)行了濕凝膠的干燥，得以實(shí)現(xiàn)在室溫下干燥氣凝膠，使得實(shí)驗(yàn)更加安全及穩(wěn)定；但是由于凝膠孔徑為納米級(jí)別，以致于制備過程漫長(zhǎng)復(fù)雜，一直以來，在氣凝膠易破碎、、老化置換時(shí)間長(zhǎng)、干燥周期長(zhǎng)、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)前，越來越多的研究方法得以擴(kuò)展研究，例如常壓干燥、表面改性、增強(qiáng)體摻雜等[14]。隨著氣凝膠的迅速發(fā)展，種類也愈加繁盛，氣凝膠從組分上看主要分為三大類：炭氣凝膠、有機(jī)氣凝膠和無機(jī)氣凝膠，隨著研究，也有了無機(jī)-有機(jī)種類氣凝膠；從組成類數(shù)上看主要分為兩類：?jiǎn)谓M份氣凝膠、多組分氣凝膠。大多數(shù)氧化類氣凝膠例如氧化硅氣凝膠、氧化鋯氣凝膠、氧化鋁氣凝膠等劃為無機(jī)氣凝膠，也是單組份氣凝膠，有機(jī)氣凝膠常見的主要有間苯二酚-甲醛氣凝膠、苯酚-甲醛氣凝膠等，而炭氣凝膠為有機(jī)氣凝膠高溫炭化的產(chǎn)物，多組分

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文6圖1-3氣凝膠形成過程[15]1.2.3氧化物氣凝膠國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前應(yīng)用研究最多的氧化物類氣凝膠主要有:氧化鋁氣凝膠、氧化硅氣凝膠、氧化鋯氣凝膠及氧化物復(fù)合氣凝膠。（1）單組份氧化物氣凝膠氧化鋁氣凝膠的微觀形態(tài)是由無定形態(tài)和多晶形態(tài)共同組成，以致于它相比其他種類的氣凝膠擁有更好高溫穩(wěn)定性，一般能耐1000℃左右的高溫；在微觀結(jié)構(gòu)上它主要由針葉狀和片狀的顆粒組成，導(dǎo)致它與其它微觀結(jié)構(gòu)上由顆粒堆疊的氣凝膠相比沒有很高的比表面積，但是性能依舊優(yōu)異；目前很多學(xué)者都致力于氧化鋁氣凝膠的制備研究，郭亞琴[22]以AlCl3·6H2O為前驅(qū)體，乙醇和去離子水為溶劑，異丙醇為溶劑交換劑，三甲基氯硅烷為表面改性劑，采用溶膠/凝膠法、常壓干燥工藝制備了Al2O3氣凝膠；黃寶[23]使用AlCl3·6H2O為前驅(qū)體，乙醇和去離子水做溶劑，使用PO為凝膠網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)劑，常壓下通過溶膠/凝膠技術(shù)成功制備出具有輕質(zhì)特點(diǎn)的白色塊狀氫氧化鋁氣凝膠,再經(jīng)過500℃熱處理后得到Al2O3氣凝膠。但是氧化鋁氣凝膠存在高溫相變的現(xiàn)象，這是因?yàn)檠趸X在1000℃以下的晶型為θ、γ、δ晶型，在1000℃以上的晶型為α晶型，前者為尖晶石結(jié)構(gòu)，而后者為密排六方結(jié)構(gòu)，所以在1000℃以上高溫時(shí)，θ、γ、δ晶型無論哪一個(gè)轉(zhuǎn)換為α晶型都會(huì)造成氧化鋁氣凝膠孔結(jié)構(gòu)的坍塌，導(dǎo)致體積收縮比表面積下降，隔熱性能下降。圖1-4氧化鋁高溫相變反應(yīng)[15]二氧化硅氣凝膠在微觀上主要是以氧化硅凝膠顆粒堆疊形成的三維網(wǎng)絡(luò)

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