随着空间技术的迅速发展，对隔热技术的要求也越来越高，而与隔热技术密切相关的隔热材料也成为隔热领域人们研究的重点。现有隔热材料虽然在不断改善，仍然无法满足越来越苛刻的隔热环境和隔热要求，因此，加强现有隔热材料隔热性能，寻找新型高效的隔热材料、合理设计隔热方案逐渐成为隔热技术领域的永恒不变的课题。 本文首先论述了隔热技术在各个领域的重要意义，并对隔热技术与隔热材料的国内外研究和发展现状进行了综述；论述了隔热材料的隔热机理以及提高隔热材料隔热性能的途径，在此基础上提出了一种性能优良的氧化锆空心球隔热材料，该材料能有效的控制热传导、热对流和热辐射；对隔热材料导热系数的理论预测模型和实验测量方法进行了概述，选择符合微观结构的点接触空心球模型，理论计算氧化锆空心球隔热材料的导热系数，并分析了气孔率、气孔尺寸等对隔热材料导热系数的影响规律；应用STAR-CD软件对氧化锆空心球隔热材料的导热系数进行了大量的数值模拟实验，分析了空心球尺寸，隔热材料气孔率等对导热系数的影响，并计算了隔热材料内传导、对流及辐射传热对隔热材料导热系数的影响，提出了各种传热方式的控制方法；将理论模型及数值模拟与实验测量结果进行比较，分析指出了理论模型计算和数值模拟计算的优缺点及适用范围：理论模型计算适合于低温区域，而数值模拟计算适合任何温度下的导热系数计算，是预测隔热材料导热系数的一种行之有效的方法； 在上述研究的基础上，将氧化锆空心球隔热材料应用在发动机排气管的隔热环境中，用STAR-CD软件计算分析了隔热材料厚度、发射率、真空层以及隔热方式等对排气管隔热效果的影响；提出一种最佳隔热方案，与以往隔热措施相比，隔热度提高了31.7％，使排气管热损失减少91.4％，具有非常好的隔热效果，为更高温、更苛刻的隔热方案设计提供了理论依据和方案设计思路。