本文關(guān)鍵詞：氧化硅—氧化鋁復(fù)合高溫隔熱瓦的制備與性能研究

  更多相關(guān)文章： 石英纖維 氧化鋁纖維 硼硅玻璃 隔熱瓦 導(dǎo)熱系數(shù) 壓縮強(qiáng)度

【摘要】：隨著以HTV-2、X-37B等為代表的高超聲速飛行器、臨近空間飛行器飛行速度的快速增加以及在大氣中長時(shí)間巡航,使得新型飛行器所面臨的氣動(dòng)加熱環(huán)境日趨嚴(yán)酷,熱防護(hù)問題日益突出,因而急需研制新型的熱防護(hù)材料,以解決飛行器研制的瓶頸問題。隔熱瓦是由短切纖維經(jīng)高溫?zé)Y(jié)得到的一種輕質(zhì)多孔材料,其具有孔隙率高、密度低,在高溫下具有穩(wěn)定的形狀和一定的力學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)兼具隔熱、抗沖擊沖刷和保持飛行器氣動(dòng)外形的作用,是一種輕質(zhì)多孔的高效熱防護(hù)材料,可以應(yīng)用于飛行器迎風(fēng)面前部、后部及機(jī)翼等大面積熱防護(hù)區(qū)域,在新型飛行器防熱結(jié)構(gòu)中占很大比例,是飛行器熱防護(hù)和熱控問題的主體。本文以高純度超細(xì)直徑的石英纖維和高純氧化鋁纖維為主要原料,以硼硅玻璃為高溫粘結(jié)劑,通過纖維短切處理、有效分散、濕法成型及高溫?zé)崽幚淼裙に嚟h(huán)節(jié)制備了氧化硅-氧化鋁復(fù)合高溫隔熱瓦,并對(duì)其制備工藝、微觀組織、常規(guī)熱物理性能、力學(xué)性能及可重復(fù)使用性能進(jìn)行了表征評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用高速剪切工藝處理的石英纖維長徑比均勻可控,通過鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2~4可以得到均勻分散的纖維料漿,控制抽濾真空度為-0.08MPa,時(shí)間5~10min可以實(shí)現(xiàn)隔熱瓦的真空成型,通過逐級(jí)干燥工藝排除隔熱瓦中多余的水分,采用熱處理溫度1200~1260℃,保溫1~3h對(duì)隔熱瓦進(jìn)行燒結(jié),得到了輕質(zhì)多孔具有一定強(qiáng)度和優(yōu)異隔熱性能的高溫隔熱瓦。研究的氧化硅-氧化鋁復(fù)合高溫隔熱瓦常溫?zé)釋?dǎo)率低于0.05W/m·K,密度在0.2~0.5g/cm3之間可控,材料厚度方向壓縮強(qiáng)度在0.2~2MPa之間,拉伸強(qiáng)度在0.1~1MPa之間,材料具有優(yōu)異的加工性;多次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果表明,隔熱瓦可以在1200℃條件下循環(huán)使用10次,綜合性能變化不大,可以滿足應(yīng)用條件。通過料漿噴涂和熱處理工藝在隔熱瓦表面制備了高輻射涂層,典型隔熱瓦樣件通過了風(fēng)洞考核試驗(yàn),試驗(yàn)后的隔熱瓦結(jié)構(gòu)完整,尺寸沒有變化,背溫滿足設(shè)計(jì)要求。在復(fù)合隔熱瓦內(nèi)部引入具有納米結(jié)構(gòu)的氣凝膠,可進(jìn)一步降低其氣相熱傳導(dǎo),研究結(jié)果表明:引入氣凝膠后,復(fù)合隔熱瓦的密度有所增加,常溫導(dǎo)熱系數(shù)可以下降30%,1000℃導(dǎo)熱系數(shù)可以下降22%,同時(shí),其壓縮強(qiáng)度有了明顯提高,隨著隔熱瓦原始密度的增大,引入氣凝膠含量降低,壓縮強(qiáng)度增加趨勢減緩。
【關(guān)鍵詞】：石英纖維 氧化鋁纖維 硼硅玻璃 隔熱瓦 導(dǎo)熱系數(shù) 壓縮強(qiáng)度
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V259
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-27
• 1.1 課題研究背景及研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外輕質(zhì)耐高溫防熱結(jié)構(gòu)一體化材料研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 碳/碳復(fù)合材料10-11
• 1.2.2 碳/碳化硅復(fù)合材料11-12
• 1.2.3 硼化物陶瓷基復(fù)合材料12-13
• 1.3 國內(nèi)外大面積輕質(zhì)熱防護(hù)材料研究現(xiàn)狀13-22
• 1.3.1 陶瓷纖維高溫隔熱瓦14-18
• 1.3.2 氣凝膠復(fù)合隔熱材料18-19
• 1.3.3 陶瓷纖維柔性隔熱材料19-20
• 1.3.4 組合式熱防護(hù)材料20-22
• 1.4 新型輕質(zhì)熱防護(hù)材料22-25
• 1.5 選題依據(jù)及本文研究內(nèi)容25-27
• 第2章 實(shí)驗(yàn)與研究方法27-38
• 2.1 研究思路及實(shí)施方案27-29
• 2.1.1 研究思路27-28
• 2.1.2 實(shí)施方案28-29
• 2.2 氧化硅-氧化鋁復(fù)合高溫隔熱瓦制備29-32
• 2.2.1 纖維預(yù)處理29-30
• 2.2.2 纖維分散30-31
• 2.2.3 高溫隔熱瓦坯體成型31
• 2.2.4 復(fù)合高溫隔熱瓦熱處理31-32
• 2.3 實(shí)驗(yàn)原料及主要儀器設(shè)備32-34
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)原材料32-33
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)用儀器設(shè)備33-34
• 2.4 主要的分析測試及表征方法34-38
• 2.4.1 體積密度及孔隙率的表征34
• 2.4.2 熱學(xué)性能測試表征34-35
• 2.4.3 力學(xué)性能測試表征35-36
• 2.4.4 其它測試分析36-38
• 第3章 氧化硅-氧化鋁復(fù)合高溫隔熱瓦的制備及性能研究38-61
• 3.1 引言38
• 3.2 氧化硅-氧化鋁復(fù)合高溫隔熱瓦組分及制備工藝參數(shù)優(yōu)化38-45
• 3.2.1 燒結(jié)助劑BN含量對(duì)高溫隔熱瓦微觀結(jié)構(gòu)及性能影響38-43
• 3.2.2 硅溶膠含量對(duì)高溫隔熱瓦微觀結(jié)構(gòu)及性能影響43-44
• 3.2.3 熱處理制度對(duì)高溫隔熱瓦微觀結(jié)構(gòu)的影響44-45
• 3.3 氧化硅-氧化鋁復(fù)合高溫隔熱瓦性能分析45-52
• 3.3.1 微觀結(jié)構(gòu)45-46
• 3.3.2 熱學(xué)性能46-50
• 3.3.3 力學(xué)性能50-52
• 3.4 氧化硅-氧化鋁復(fù)合高溫隔熱瓦可重復(fù)使用性能評(píng)價(jià)52-59
• 3.4.1 高溫隔熱瓦 25℃~1200℃循環(huán)條件下性能衰退規(guī)律及機(jī)理研究52-55
• 3.4.2 高溫隔熱瓦-150℃~150℃循環(huán)條件下性能衰退規(guī)律及機(jī)理研究55-57
• 3.4.3 高溫隔熱瓦多次氧化燒蝕條件下性能衰退規(guī)律及機(jī)理研究57-59
• 3.5 本章小結(jié)59-61
• 第4章 高溫隔熱瓦地面模擬考核試驗(yàn)及隔熱性能優(yōu)化61-73
• 4.1 引言61
• 4.2 氧化硅-氧化鋁復(fù)合高溫隔熱瓦模擬考核實(shí)驗(yàn)61-65
• 4.3 氧化硅-氧化鋁復(fù)合高溫隔熱瓦隔熱性能優(yōu)化65-71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 結(jié)論73-75
• 參考文獻(xiàn)75-82
• 致謝82

，

本文編號(hào)：529130