高效隔热材料结构与性能研究陈海坤孙陈诚周洁洁王晓婷胡子君(航天材料及工艺研究所，先进功能复合材料技术重点实验室，北京100076)文摘以陶瓷隔热瓦和纳米隔热材料为研究对象，揭示了高效隔热材料结构与性能的关系。研究结果表明：随着密度的增加，隔热材料室温热导率和力学性能随之增加；陶瓷隔热瓦平面方向和厚度方向的结构和性能存在明显差异；复合纳米结构后，材料的隔热性能明显提高；室温热导率从43mW／(m·K)降低至36mW／(m·K)；添加少量功能添加物后，材料的高温隔热性能进一步提高，高温考核中背面温度从668oC降低到576c【=。同时介电常数从2．2％增加到6．6％；通过气相超临界工艺在材料表面接枝有机基团，材料表面疏水状态发生显著变化，材料具备了防水和低吸潮的特性。关键词高效隔热材料，结构与性能MicrostructureandPropertiesofInsulatingMaterialsChenHaikunSunChenchengZhouJiejieWangXiaotingHuZijun(1ScienceandTechnologyonAdvancedFunctionalCompositesLaboratory，AerospaceResearchInstituteofMaterials＆ProcessingTechnology，Beijing100076)AbstractTherelationshipbetweenmicrostructureandpropertiesofinsulatingmaterialswasinvestigated．Theresultsindicatethatthethermalconductivityandmechanicalpropertyofinsulatingmaterialsincreaseswiththein—creaseofdensity．Microstructureandpropertiesbetweenin—planeandtransverseorientationofrigidtileisdifferent．Insulationpropertyofrigidtileisbetteraftercompositingprocess，thermalconductivityreducesfrom43mW／(m·K)to36mW／(m‘K)．Afteraddingfunctionalagent，insulationpropertyathightemperatureisbetter，backsidetemper-atureofsamplereducesfrom668~Cto576~C．Butdielectricconstantsincreasesby2％to6．6％．Waterproofingandlowmoistureabsorptioninsulatingmaterialsisgainedafterspecialprocess．KeywordsInsulatingmaterial，MicrostructureandProperties0引言新型飞行器将在大气层内长时间快速机动飞行，对其外层用高效隔热材料隔热性能提出了更高的要求I2J。为了满足不同功能需求，研究人员设计了多种不同结构的隔热材料。结构的不同使制备的材料在传热、受力等不同的外界环境条件下表现出隔热性能的差异。研究不同因素对材料性能的影响规律，进而提高对高效隔热材料性能优化的控制水平具有非常重要的意义。本文以刚性隔热瓦和纳米材料为对象，分别研究了材料密度、纤维排布、孔尺寸、功能添加物、表面基团等结构因素对隔热材料结构和隔热性能的影响。1实验1．1隔热材料制备隔热材料以陶瓷纤维为基体材料，经过一系列工艺流程后制备的复合材料。首先将一定比例的陶瓷纤维、黏接剂和烧结剂在分散液中搅拌均匀，经抽滤成型、干燥、烧结后制备出陶瓷隔热瓦。再将陶瓷隔热瓦与SiO溶胶混合，经复合、老化、置换、干燥，最后制备出陶瓷隔热瓦增强气凝胶材料。1．2测试与表征采用LEICA一$440扫描电镜对隔热材料微观结构进行表征。采用美国MTS公司Alliance—RF／100电子万能试验机对隔热材料的拉伸和压缩性能进行测试，分别以DqES396-2002和Q／Dq360．3—2o00为标准；隔热材料的室温热导率按GB／T1O295—1988为标准测试，选用EKO热导率仪完成测试；采用高Q腔法和谐振腔法对材料的介电性能进行测试。隔热收稿日期：2012—08—28作者简介：陈海坤，1977年出生，硕士，主要从事防隔热复合材料研究。E—mail：haikunc@163．con一38一宇航材料工艺http：／／www．yhclgy．com2013年第2期材料试验件通过石英灯模拟考核试验得到其背面温升，以此表征其高温隔热性能。2结果及讨论2．1密度与材料性能的关系陶瓷隔热瓦是由陶瓷纤维烧结而成的多孔材料，其典型微观结构如图1所示。图1典型陶瓷隔热瓦sEMFig．1SEMimageofrigidtile由于其制备工艺和结构特点，在一定的压力作用下不会出现明显断裂，而是表现为渐进式破坏现象，直至材料完全破坏成粉体，其最大压缩变形量可达70％。一般来说，压缩量在10％内表现为弹性变形，所以研究取材料在10％时变形量所对应的强度。压缩和拉伸强度随密度...
