【摘 要】
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新型高速飞行器对可快速制备的高性能隔热材料提出了迫切需求。本文采用气相氧化铝粉末为纳米基体,莫来石纤维作增强纤维,铝酸盐水泥作粘接剂,α-SiC粉作遮光剂,Pluronic P84作表面活性剂,去离子水作溶剂,以浇筑成型、常压干燥制备工艺,制备出了耐高温气相氧化铝基隔热复合材料。系统研究了材料的制备工艺、结构与性能的关系规律,并对材料的性能进行了测试和表征。结论如下:通过材料体系和制备工艺设计,确
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新型高速飞行器对可快速制备的高性能隔热材料提出了迫切需求。本文采用气相氧化铝粉末为纳米基体,莫来石纤维作增强纤维,铝酸盐水泥作粘接剂,α-SiC粉作遮光剂,Pluronic P84作表面活性剂,去离子水作溶剂,以浇筑成型、常压干燥制备工艺,制备出了耐高温气相氧化铝基隔热复合材料。系统研究了材料的制备工艺、结构与性能的关系规律,并对材料的性能进行了测试和表征。结论如下:通过材料体系和制备工艺设计,确定了原材料、成型工艺和干燥工艺,初步制备出了气相氧化铝基隔热复合材料。研究了不同干燥温度对复合材料密度、干燥收缩率、常温热导率的影响,干燥温度为50℃时,复合材料具有良好的综合性能,制备周期仅为36 h;研究了复合材料在不同温度下的耐温性,1200℃耐温性良好,1100℃热导率为0.102 W/m·K。研究了原材料配比对隔热复合材料性能的影响规律,采用四因素三水平正交实验和单变量实验,确定了综合性能较好的隔热复合材料的原材料配比。随着去离子水用量增加,复合材料中微米级孔增加,干燥及高温收缩率增大,密度减小,热导率和压缩强度降低;增加铝酸盐水泥用量可以提高复合材料内部粘接力,有效提高复合材料压缩强度,抑制干燥和高温收缩率,但同时会使复合材料密度和热导率增加;莫来石纤维在复合材料中主要发挥骨架支撑作用。综合复合材料各性能指标,获得了优化的原料质量比(m气相氧化铝粉:mα-SiC粉:m短切莫来石纤维:m铝酸盐水泥:m去离子水:m50%Pluronic P84=22.5:3.75:27.5:8.75:77.5:1),采用该配比制备的复合材料具有较优的综合性能,密度为0.630 g/cm~3,常温常压热导率为0.115 W/m·K,3%和10%应变对应的压缩强度分别为0.23 MPa和0.63 MPa。对气相氧化铝基隔热复合材料的隔热性能和力学性能进一步进行优化,研究了α-SiC含量对复合材料隔热性能的影响,随着α-SiC含量增加,复合材料热导率先降低后升高,当α-SiC含量为2.66 wt%时,复合材料常温及高温热导率最低,常温和1100℃热导率分别为0.078 W/m·K和0.114 W/m·K;研究了纤维长度对复合材料性能的影响,长纤维（长度10 mm）相比短切纤维（长度50-1000μm）可以形成更好的支撑骨架,制备的复合材料密度减小15.2%,1100℃热导率降低23.7%,仅为0.087 W/m·K,弯曲强度提高55.6%;研究了成型方法对复合材料性能的影响,对复合材料加压后,复合材料密度增加,常温和高温热导率增加,复合气凝胶后,常温及高温热导率降低。
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