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超高温(短时使用温度2000℃以上)隔热材料
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作者:pro10845f02
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发布时间: 2014-08-29
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一种具有高温力学性能的隔热复合材料及其制备方法 中国航天科工集团第二研究院二八三厂
高超声速飞行器动力装置工作时，燃烧室外壁的温度高达2100~2400℃，为了保护动力装置及其周边的电子设备，同时减少热量的散耗及其带来的明显的红外信号特征，燃烧室外壁必须采用超高温隔热材料进行热防护。
美国HyFly项目采用厚度为1英寸的ZrC/气凝胶和树脂聚合物叠层复合材料实现冲压发动机燃烧室外壁面的隔热，但是该材料具有长时间使用隔热性能下降的缺点。英国SHyFE项目的冲压发动机采用了多层隔热方案，高温层采用了氧化锆类材料，中间层采用了真空金属盒，低温层采用了气凝胶，在热面温度超过2000℃时，背面温度低于100℃，但是该材料具有高温下辐射传热较严重的缺点。
新技术能够承受2000℃以上(短时使用温度)高温的隔热材料主要包括碳纤维类材料和氧化锆纤维类材料。国内外有碳纤维毡和氧化锆纤维板商品生产，如美国Zircar公司以氧化锆纤维为原料，研制了适用于高温隔热的氧化锆纤维板，长期使用的最高温度为1700℃(长期使用温度)，400℃的热导率为0.08ff/m.K。但是，由于氧化锆纤维强度低，纤维受力容易脆性断裂，所以冲压发动机燃烧室外壁单独采用氧化锆纤维板隔热材料进行热防护存在安全隐患。碳纤维类隔热材料耐温超过3000℃，但是导热系数大(0.43ff/m.K以上)，单独使用满足不了对燃烧室的隔热要求。
据恒志信网消息:为了克服现有产品存在不足，国内最新研制成功一种具有较好的隔热性能和力学性能的超高温(短时使用温度2000℃以上)隔热材料。
一种以碳纤维和氧化锆纤维为主要原料制备的超高温隔热材料，是先将短切碳纤维和氧化锆纤维在含有分散剂的去离子水中均匀混合分散，然后采用真空抽滤成型的方法制备出碳纤维-氧化锆纤维复合材料预制体，最后采用压制干燥的方法制备出碳纤维-氧化锆纤维复合材料。新技术采用具有较高弹性模量的碳纤维与氧化锆纤维复合制备超高温隔热材料，在保证超高温隔热材料具有较好隔热性能的同时又能够满足力学性能的要求。
试验证明，新技术的隔热材料高温隔热效果良好，不仅耐高温，可以短时承受至少2000℃的高温，而且具有较低的导热系数，1000℃下导热系数小于0.15ff/m.K，此外，还具有良好的力学性能，抗压强度大于等于0.5MPa，适用于高速飞行器动力装置燃烧室外壁的热防护(被动隔热)，应用前景广阔。
通过以上测试可见，新技术超高温隔热材料耐高温，短时(20min)可以承受2000℃的的高温(新技术材料的原料如氧化锆、碳纤维熔点分别为2600℃，3000℃，因此理论分析可以承受至少2000℃高温)，而且较现有隔热材料具有更佳的隔热性能和力学性能，这是因为两种纤维(碳纤维、氧化锆纤维)的复合使用，将碳纤维优良的力学性能和氧化锆纤维耐高温、低导热性能结合起来，复合后的材料具有良好的力学和热学性能。新技术的隔热材料适用于高速飞行器动力装置燃烧室外壁的热防护(被动隔热)，应用前景广阔。
