复合材料学报第28卷�第1期��2月�2011年ActaMateriaeCompositaeSinicaVol�28No�1February2011文章编号:1000-3851(2011)01-0008-07收到初稿日期:2010-02-04;收到修改稿日期:2010-05-27基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目(YYYJ-0808-2)通讯作者:张伟刚,博士,研究员,主要从事高温复合材料与热喷涂技术研究�E�mail:wgzhang@home.ipe.ac.cn.轻质复合材料高温隔热性能蔺晓轩1,2,沈志洵1,2,魏�玺1,张伟刚*1(1.中国科学院过程工程研究所,多相复杂系统国家重点实验室,北京100190;2.中国科学院研究生院,北京100049)摘�要:�设计了一套隔热材料高温(>1200�)隔热效果的测试装置,可对隔热材料进行快速、低成本的有效测试和筛选。采用本装置在材料热面中心温度为1600�10�时,考察了碳/酚醛复合材料和ZrO2纤维板材料背部升温历程,评价了2种材料的隔热性能,并采用有限差分法数值模拟了ZrO2纤维板材料背部升温历程,预测其有效导热系数。研究表明,在加热初期400s时间内,碳/酚醛复合材料的隔热性能优于ZrO2纤维板的隔热性能,后期则相反;ZrO2纤维板的隔热性能与体积密度有关,有效导热系数随温度升高而非线性地增大。关键词:�轻质复合材料;高温隔热性能;碳/酚醛;ZrO2纤维板;等离子弧发生器中图分类号:�TB332���文献标志码:�AHigh�temperaturethermalinsulationperformanceoflightmasscompositesLINXiaoxuan1,2,SHENZhixun1,2,WEIXi1,ZHANGWeigang*1(1.StateKeyLaboratoryofMulti�PhaseComplexSystem,InstituteofProcessEngineering,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China;2.GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)Abstract:�Adeviceforthermalinsulationperformanceofhigh�temperaturematerialswasdesignedandestablishedtotestlightmassthermalinsulationmaterialsviaarapidandsimpleprocedure.Thethermalinsulationperformanceofcarbonfiber/phenoliccompositeandZrO2fiberboardweretestedbythisdevicewhenthetemperatureatthecenterpointofhotfacewas1600�10�.TheheattransportprocessofZrO2fiberboardwasnumericallysimulatedbyfinite�differencemethod,andtheeffectivethermalconductivitywasalsopredicted.Theresultsshowthatthermalinsulationperformanceofcarbonfiber/phenoliccompositeisbetterthanthatofZrO2fiberboardfromthebeginningoftestto400s,whilethethermalinsulationperformanceofZrO2fiberboardisbetterfrom400stotheendoftest.ThermalinsulationperformanceofZrO2fiberboardisaffectedbythebulkdensity,andtheeffectivethermalconductivityofZrO2fiberboardincreasesnonlinearlywiththeelevatedtemperature.Keywords:�lightmasscomposites;high�temperaturethermalinsulationperformance;carbonfiber/phenolic;ZrO2fiberboard;plasmaarcgenerator��高超音速航天器再入时,将受到严重的气动加热[1-2],为避免机身再入时不被气动热焚毁,保证内部器件在适当的温度范围内正常工作,需要采用高效隔热材料与技术[3-5],阻止外部热量向结构内部传递。现有的高温隔热材料有相变隔热材料、无机纤维多孔材料、颗粒型隔热材料等多种材料[6]。多孔材料ZrO2纤维板和相变隔热材料碳/酚醛复合材料耐温高、质量轻、可靠性好,逐渐成为轻质化结构和防热结构的主要材料[7-10]。考察上述材料的隔热性能,常规的方法有静态热导率测试和动态隔热性能测试[10-12],分别以热导率和材料热面在一定的温度作用下的冷面温升作为评价材料隔热性能的指标。但对于隔热材料高温隔热性能的优劣评定,必须创造符合这种材料的使用环境,并且在此环境下进行考核,通常是将隔热材料附着于热结构材料上进行整体系统的高超声速风洞测试[13-17]。目前,国内外拥有60余座高超声速风洞,而在国内喷管出口直径达到500mm量级的高超声速风洞只有3座[18]。采用高超声速风洞测试可以获得材料较为全面的技术数据,但其具有明显的不足,如价格昂贵、仪器复杂、能耗量巨大、测试成本昂贵等[19]。另外国内现有的风洞试验设备的加热运行时间满足不了长时间飞行的新型飞行器的...
