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超高溫(短時使用溫度2000℃以上)隔熱材料
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作者:pro10845f02
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發布時間: 2014-08-29
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一種具有高溫力學性能的隔熱復合材料及其制備方法 中國航天科工集團第二研究院二八三廠
高超聲速飛行器動力裝置工作時，燃燒室外壁的溫度高達2100~2400℃，為了保護動力裝置及其周邊的電子設備，同時減少熱量的散耗及其帶來的明顯的紅外信號特征，燃燒室外壁必須采用超高溫隔熱材料進行熱防護。
美國HyFly項目采用厚度為1英寸的ZrC/氣凝膠和樹脂聚合物疊層復合材料實現沖壓發動機燃燒室外壁面的隔熱，但是該材料具有長時間使用隔熱性能下降的缺點。英國SHyFE項目的沖壓發動機采用了多層隔熱方案，高溫層采用了氧化鋯類材料，中間層采用了真空金屬盒，低溫層采用了氣凝膠，在熱面溫度超過2000℃時，背面溫度低于100℃，但是該材料具有高溫下輻射傳熱較嚴重的缺點。
新技術能夠承受2000℃以上(短時使用溫度)高溫的隔熱材料主要包括碳纖維類材料和氧化鋯纖維類材料。國內外有碳纖維氈和氧化鋯纖維板商品生產，如美國Zircar公司以氧化鋯纖維為原料，研制了適用于高溫隔熱的氧化鋯纖維板，長期使用的最高溫度為1700℃(長期使用溫度)，400℃的熱導率為0.08ff/m.K。但是，由于氧化鋯纖維強度低，纖維受力容易脆性斷裂，所以沖壓發動機燃燒室外壁單獨采用氧化鋯纖維板隔熱材料進行熱防護存在安全隱患。碳纖維類隔熱材料耐溫超過3000℃，但是導熱系數大(0.43ff/m.K以上)，單獨使用滿足不了對燃燒室的隔熱要求。
據恒志信網消息:為了克服現有產品存在不足，國內最新研制成功一種具有較好的隔熱性能和力學性能的超高溫(短時使用溫度2000℃以上)隔熱材料。
一種以碳纖維和氧化鋯纖維為主要原料制備的超高溫隔熱材料，是先將短切碳纖維和氧化鋯纖維在含有分散劑的去離子水中均勻混合分散，然后采用真空抽濾成型的方法制備出碳纖維-氧化鋯纖維復合材料預制體，最后采用壓制干燥的方法制備出碳纖維-氧化鋯纖維復合材料。新技術采用具有較高彈性模量的碳纖維與氧化鋯纖維復合制備超高溫隔熱材料，在保證超高溫隔熱材料具有較好隔熱性能的同時又能夠滿足力學性能的要求。
試驗證明，新技術的隔熱材料高溫隔熱效果良好，不僅耐高溫，可以短時承受至少2000℃的高溫，而且具有較低的導熱系數，1000℃下導熱系數小于0.15ff/m.K，此外，還具有良好的力學性能，抗壓強度大于等于0.5MPa，適用于高速飛行器動力裝置燃燒室外壁的熱防護(被動隔熱)，應用前景廣闊。
通過以上測試可見，新技術超高溫隔熱材料耐高溫，短時(20min)可以承受2000℃的的高溫(新技術材料的原料如氧化鋯、碳纖維熔點分別為2600℃，3000℃，因此理論分析可以承受至少2000℃高溫)，而且較現有隔熱材料具有更佳的隔熱性能和力學性能，這是因為兩種纖維(碳纖維、氧化鋯纖維)的復合使用，將碳纖維優良的力學性能和氧化鋯纖維耐高溫、低導熱性能結合起來，復合后的材料具有良好的力學和熱學性能。新技術的隔熱材料適用于高速飛行器動力裝置燃燒室外壁的熱防護(被動隔熱)，應用前景廣闊。
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