SiO2氣凝膠隔熱性能的影響因素研究

周星光，柳世靈，王通，楊欽，梁迪，陳浩

（上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600）

航空航天的快速發(fā)展驅(qū)使人們對(duì)高溫隔熱領(lǐng)域更加關(guān)注，對(duì)熱防護(hù)材料的要求更加嚴(yán)苛。航天器在超聲速飛行時(shí)，壁面承受較高的氣動(dòng)熱流或燃?xì)鉄崃鳎虼藷岱雷o(hù)結(jié)構(gòu)及材料的設(shè)計(jì)對(duì)其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)及設(shè)備安全至關(guān)重要。

多納米孔隙氣凝膠因其具有密度低、隔熱性能好的特點(diǎn)，在航天器的隔熱領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前的研究及應(yīng)用主要以SiO、AlO系的氣凝膠材料為主，其中SiO氣凝膠及其復(fù)合材料由于更低的密度和更高效的隔熱性能更受關(guān)注。然而由于SiO氣凝膠耐受溫度不高，使其在作為隔熱材料方面受到限制。現(xiàn)階段大多通過熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，將氣凝膠隔熱材料應(yīng)用于間隔層內(nèi)來提升其耐熱性能，但是又會(huì)降低結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度及振動(dòng)方面的性能。研究表明，在氣凝膠中添加纖維、顆粒及遮光劑等可顯著增強(qiáng)氣凝膠的熱穩(wěn)定性和紅外輻射能力。Wei等制備了一種碳納米纖維/SiO復(fù)合氣凝膠，抑制了氣凝膠內(nèi)部的輻射傳熱，并且在500 ℃時(shí)具有超低的熱導(dǎo)率和良好的熱穩(wěn)定性。張君君等通過添加YCl·6HO實(shí)現(xiàn)了SiO氣凝膠在900 ℃下經(jīng)過2 h仍然具有良好的熱穩(wěn)定性。通過在氣凝膠上下層分別鋪放MLI和APA-2，使用Nextel 440 纖維布包裝后，其耐熱溫度可達(dá)1 600 ℃。

不同孔隙率的SiO氣凝膠的熱導(dǎo)率不同，熱穩(wěn)定性也不同。周紅梅分別建立了SiO、AlO及ZrO氣凝膠的微尺度模型，分析了孔隙率和溫度對(duì)氣凝膠熱導(dǎo)率的影響，并研究了3種材料復(fù)合時(shí)氣凝膠的隔熱性能，得到了各組分的最佳配比。……