文献综述
1.引言伴随航空航天、节能环保等军民领域诸多装备高性能化同时所出现的恶劣绝热问题,国家二〇三五战略规划将高温绝热材料列为重点研究方向,开发耐高温超级绝热材料是保障国防与民用工业发展的必由之路。
前期研究表明,高熵化的缺陷萤石型Re2Zr2O7可以有效抑制纳米颗粒在高温下的团聚,这对提高气凝胶耐温性具有重要意义。
以缺陷萤石型高熵陶瓷为耐温相制备气凝胶有利于提高气凝胶耐温性作用:首先,高熵化的可大幅提高材料的抗烧结性;其次,气凝胶的大比表面积和纳米颗粒可有效降低高熵的形成能垒。
气凝胶作为一种超级绝热材料,其有氧耐温性多被限制在1300 ℃,但是广泛应用于航空航天推进和天然气/液体燃料发电的燃气轮机发动机,其涡轮叶片工作温度超过1300 ℃且在稳步上升[1];高马赫飞行器表面气动加热致使温度可达1500 ℃[2]。
针对该问题,利用高熵化的萤石型Re2Zr2O7高熵陶瓷为高温抗烧结相,结合气凝胶高比表、纳米颗粒的特性,通过高质量预结晶,在基本不影响隔热性能的条件下,改善气凝胶材料的耐温性。
2. 耐高温隔热气凝胶材料的研究进展2.1 氧化物气凝胶:自1931年Kistler以硅溶胶成功制备SiO2气凝胶以来,经过不断的发展,气凝胶的工艺与应用逐渐成熟。
虽然碳化物在无氧条件下的耐温性更高,但碳氧化问题限制其只能应用去高温无氧环境,且热导率较高,无法应用于1000 ℃以上的高温有氧环境。
与碳化物气凝胶相比,氧化物气凝胶热导率更低,且不存在氧化问题,其适用性更优。
2001年,美国NASA Ames研究中心的Susan White[3]为航天飞机设计了硅酸铝纤维增强SiO2气凝胶陶瓷隔热瓦,应用于火星探路者和火星探测漫游者飞船,500 ℃热导率为0.033 W/(mK),使用温度为-200~650 ℃,抗拉强度0.088 MPa。
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