标题:低热导率硅酸铝纤维复合隔热材料研究
导师:张玉军
学号:200311785
作者:张娜
论文答辩日期:2006-05-18 00:00:00
关键词:复合隔热材料;硅酸铝纤维;添加剂;六钛酸钾晶须;气凝胶SiO2;热导率
摘要:随着航天航空等高科技工业的迅速发展,对隔热材料的性能提出了越来越高的要求。隔热材料的耐温和隔热性能直接影响着先进飞行器性能的发挥。硅酸铝纤维制品由于具有良好的高温隔热性能,近年来在航空航天等领域获得了较广泛的应用。然而,为了满足新型设备的隔热要求,硅酸铝纤维的耐温和隔热性能需要得到进一步的改善。本研究的目的是研制一种低热导率的硅酸铝纤维复合隔热材料,以满足特殊装备的需求。 本文通过湿法真空吸滤成型工艺,以硅酸铝纤维为基体材料,以各种轻质填料如六钛酸钾晶须、气凝胶二氧化硅等为隔热添加剂,以淀粉、聚合氯化铝混合溶液为结合剂来制备高效高温硅酸铝纤维复合隔热材料,研究了影响热导率变化的因素。用扫描电子显微镜对硅酸铝纤维复合隔热材料的微观结构进行了分析,探讨了复合隔热材料的隔热机理,获得的结论如下: 1. 以硅酸铝纤维为原料,六钛酸钾晶须为轻质隔热填料,加入各种结合剂通过湿法真空吸滤成型工艺制备出了低热导率硅酸铝纤维复合隔热材料。在800℃时,硅酸铝复合隔热材料的热导率为0.077 W/M·K。 2. 六钛酸钾晶须的加入量是影响复合隔热材料热导率的重要因素,通过添加六钛酸钾晶须,可以降低复合隔热材料的热导率。在本文的实验条件下,六钛酸钾晶须与硅酸铝纤维的最佳质量比例为3:5。 3. 复合隔热材料的体积密度是影响热导率的主要因素之一,经过实验分析验证,硅酸铝纤维复合隔热材料的最合适体积密度范围为300 kg/m3~330 kg/m3。 4. 硅酸铝纤维复合隔热材料的热导率随着温度的升高而增大,用作隔热添加剂的六钛酸钾晶须所具有的独特的反红外隔热性能,能够大大降低复合隔热材料高温时的热导率,因而提高了硅酸铝纤维材料的使用温度和高温下的隔热能力。 5. 粉末状气凝胶二氧化硅由于本身的纳米多孔结构具有较低的热导率,但是附着在硅酸铝纤维上后,由于水的侵入造成其纳米多孔结构的塌陷,结构被破坏的气凝胶二氧化硅在硅酸铝纤维表面形成团聚,因而在本实验条件下并没有明显降低复合隔热材料的热导率。 6.本课题采用外包覆法制备发动机排气管隔热层,在厚度8mm~10mm的情况下,可以使内部温度为800℃排气管的外表面温度降至200℃以下。研究结果表明,掺六钛酸钾晶须的硅酸铝纤维层具有很好的隔热性能。
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