何顺爱
,
李懋强
稀有金属材料与工程
通过X射线衍射仪和扫描电镜对高温处理后的纤维样品进行微观观察,发现随着热处理温度的升高,莫来石纤维的晶粒不断长大的同时,晶粒形貌也发生不同的变化.直径为5350 nm的原始纤维其内部晶粒平均尺寸为60.5 nm;1500 ℃热处理后的纤维表面晶粒从不规则粒状生长成形状规则的多面体状,测量的平均粒径为480 nm,晶粒表面有台阶出现;1600 ℃热处理后的纤维直径为4160 nm,表面晶粒形状由粒状变成垂直于纤维径向排列的片状,径向尺寸平均达1330 nm,晶粒表面台阶轮廓更为清晰:此外,纤维内部在热处理过程中有气孔产生和消失的过程,1200 ℃煅烧后的纤维中有尺寸极小的小气孔生成,1300 ℃煅烧后可见有平均尺寸为60 nm的小气孔,1500 ℃煅烧后气孔基本消失.莫来石纤维内部的大量空位聚集,导致纤维内部产生可见的气孔,另一方面,空位向表面运动又使纤维内部气孔消失,纤维产生自致密化,纤维表面的颗粒形成塔状阶梯.
关键词:
莫来石纤维
,
显微结构
,
高温处理
李懋强
稀有金属材料与工程
着重分析了材料的显微结构对材料导热系数的影响:高孔隙率减弱固相传热作用从而使材料的导热系数减小,但是,高孔隙的也增大辐射传热作用.适当降低孔隙可减少辐射传热作用,这在高温时特别明显.尺寸<1 mm的孔隙中对流传热被制止,不再对传热起作用.在保持孔隙总量不变的前提下减小孔径可使孔隙数量增大,从而减小导热系数.小于100 nm的孔隙可以消除气体本身的热传导,从而极大地减小材料的导热系数.展示了几种不同显微结构的材料及其绝热性能.
关键词:
绝热材料
,
孔隙
,
显微结构
石兴
,
李懋强
稀有金属材料与工程
通过二次成型工艺,以微孔硅酸钙颗粒和硅酸铝陶瓷纤维为主要原料,制成了柔性微孔硅酸钙材料(记为CS/AS),在1000 ℃时,导热系数为0.106 W/(m·K),而最高使用温度为1100 ℃.在200 ℃以下,CS/AS可以保持相当强度和柔性.常温抗拉强度约为1 MPa,200 ℃时,抗拉强度约为0.6 MPa,而柔性弯曲半径为3 mm.通过扫描电镜可以看到CS/AS中有大量孔径小于10 μm的微孔,孔隙大小和孔隙半径分布决定了CS/AS的绝热性能.
关键词:
微孔硅酸钙
,
硅酸铝纤维
,
柔性绝热材料
李懋强
,
石兴
稀有金属材料与工程
微孔硅酸钙柔性隔热材料由以硬硅钙石针状微小晶体构成的微孔硅酸钙球形颗粒和硅酸铝纤维复合而成,其中大部分硅酸铝纤维首先形成柔软的纸型材料,微孔硅酸钙颗粒和其余硅酸铝纤维沉积其上,填充在硅酸铝纤维之间的大孔隙中.由于微孔硅酸钙颗粒被硅酸铝纤维分割,互相之间不能通过氢键直接相连,从而无法形成普通微孔硅酸钙材料所具有的刚性结构,只能借助硅酸铝纤维构成柔性结构.具有大量0.1～1 μm直径孔隙的微孔硅酸钙颗粒极大程度地限制了材料内空气的对流传热,同时,实验发现减少大孔隙和适当增加材料的致密度可以降低辐射传热,从而进一步降低材料的导热系数.这种复合材料的表观密度为0.25～0.32 g/cm3,热面温度1000 ℃下的表观导热系数可低至0.08W/(m·K).
关键词:
隔热材料
,
微孔硅酸钙
,
硅酸铝纤维
张世超
,
陈玉峰
,
陈曙光
,
石兴
,
李懋强
,
吴蔚
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2010.z2.105
高速飞行器的热防护主要集中在对气动加热和动力装置的热防护,隔热材料性能的稳定性是热防护的主要内容.在材料研制阶段,就需要考虑如何对该环境所用隔热材料的隔热效果进行评价.高速飞行器的隔热过程是一个非稳态的传热过程,无法通过稳态传热的平板导热仪进行评价,而激光导热仪虽然是非稳态传热,但不适用于多孔、低导热系数材料的测定.因此针对高温非稳态隔热效果缺乏有效的评价方法,为此研制了氧乙炔焰热实验评价装置.该装置模拟隔热材料的使用环境,为初步判定材料隔热性能的优劣提供实验基础,本文对该评价装置的设计及应用进行了介绍.
关键词:
高温非稳态
,
氧乙炔
,
评价技术
石兴
,
欧阳世翕
,
陈玉峰
,
李懋强
,
张世超
,
王彦君
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2010.z2.087
以SiO2粉体为主要原料,加入石英纤维和硬硅钙石晶须作为增强材料,通过湿法工艺制备了纳米孔SiO2.制备的纳米孔SiO2密度为0.3g/cm3,孔隙率为85％左右.孔隙直径主要分布在20到80nm之间.由于大量纳米孔的存在,纳米孔SiO2中固相导热和对流传热大大降低.为了降低纳米孔SiO2的高温辐射传热,采用辐射屏蔽层与纳米孔SiO2叠层复合来制备纳米孔SiO2多层隔热材料.采用有限元方法,通过传热计算得到纳米孔SiO2多层隔热材料等效导热系数随辐射屏蔽层的发射率、层密度及工作温度的变化规律.提出了纳米孔 SiO2多层隔热材料的结构优化设计方案.
关键词:
纳米孔 SiO2
,
多层隔热材料
,
优化设计
