荀龍鑫

摘要：隔熱材料是飛行器進(jìn)行防護(hù)的重要材料，特別是針對那些受長時間氣動加熱的超高速航天器，飛行器的外表面因?yàn)楦咚倌Σ習(xí)a(chǎn)生極高的溫度，這一方面要求隔熱材料可以很好的阻止熱量進(jìn)入到航空器內(nèi)部，避免影響到整個飛行器內(nèi)部電子設(shè)備的正常運(yùn)行，此外，還需要要求這些材料的質(zhì)量要輕，并且盡量提高最大的重復(fù)利用率。本文在研究的過程中主要分析了以酚醛泡沫復(fù)合隔熱材料、氧化鋁泡沫陶瓷材料及新型納米隔熱材料為代表的隔熱材料技術(shù)的研究進(jìn)行，并研究這些材料的組成、結(jié)構(gòu)以及性能特點(diǎn)，并且在此基礎(chǔ)也對航天器的隔熱材料的未來發(fā)展進(jìn)行了展望與分析。

關(guān)鍵詞：航天器;隔熱材料;研究進(jìn)展

就飛行器的研究而言，未來的飛行器在發(fā)展方面的要求越來越嚴(yán)格，飛行的時間以及所運(yùn)行的功能方面的要求更高，并且航空器的研究也逐漸成為了世界上航空大國的重要研究方向。對于高速飛行器的發(fā)展而言，在長時間受到飛行時所產(chǎn)生的大量熱量影響下，為了更好地保障飛行器的主體安全以及內(nèi)部電子設(shè)備的穩(wěn)定和安全，必須要采用能夠達(dá)到要求的隔熱材料，從而避免飛機(jī)表面的熱量流入內(nèi)部。此外，輕質(zhì)高效的熱防護(hù)系統(tǒng)對于導(dǎo)彈、航天飛行器的有效荷載，從而進(jìn)一步增大了飛行距離。在最近幾年的時間內(nèi)，美國所研究的X-43A、X-51A、HTV-2和X-37B等多種超高速飛行器在研究的過程中都極為重視隔熱材料的使用，目前在航天器上最主要使用的隔熱材料主要有酚醛泡沫復(fù)合材料、氧化鋁陶瓷泡沫材料以及納米孔超級隔熱材料等。

1酚醛泡沫復(fù)合材料

酚醛泡沫這一材料在其性質(zhì)方面，主要的特點(diǎn)是低密度、低熱導(dǎo)率，同時還具有很好的抗高溫性。它的制備工藝主要有兩種，一種是干法工藝，另一種是濕法工藝，前者立足于通過加熱之后進(jìn)行制備，后者立足于以加熱加濕的方式在進(jìn)行制備。在高真空的環(huán)境下，對酚醛泡沫的耐高溫的情況進(jìn)行了試驗(yàn)，所得到的實(shí)驗(yàn)證明了其有著很強(qiáng)的耐高溫的性質(zhì)，符合航空航天所需要的隔熱材料的要求。

酚醛泡沫有不同的種類和標(biāo)準(zhǔn)，如果是普通材料，那么會有很多的缺點(diǎn)，比如硬度大、質(zhì)脆等特點(diǎn)就大大降低了它的適應(yīng)性。想要增強(qiáng)它的韌性度，就必須采取一定的物理方式，來增強(qiáng)它的性能。

2氧化鋁泡沫陶瓷材料

氧化鋁泡沫陶瓷材料具有多個優(yōu)點(diǎn)，比如低密度、低熱導(dǎo)性、高耐熱震性等特點(diǎn)，使這種材料可以廣泛的應(yīng)用于多個行業(yè)和領(lǐng)域，是一種非常優(yōu)越的隔熱材料。在某些高標(biāo)準(zhǔn)要求的電池中，使用這種材料，可以產(chǎn)生很好的隔熱效果，這種材料在室溫的環(huán)境下，對于熱能的阻隔作用很明顯。經(jīng)過不斷的研究和創(chuàng)新，一種新型的，高孔隙率氧化鋁泡沫材料，成功研制了出來，在室溫的環(huán)境下，整體的材料性質(zhì)不會產(chǎn)生太大的變化，但是當(dāng)隨著溫度不斷的升高之后，它的熱導(dǎo)率也隨之會發(fā)生很大的變化，受熱輻射的影響作用，熱導(dǎo)率升高，而氧化鋁則與此相反，它的熱導(dǎo)率受熱輻射的影響作用，隨著溫度的不斷升高，它的濟(jì)寧阻隔熱能的作用在不斷的下降。

氧化鋁泡沫陶瓷具有很多種不同的種類，多孔的鈣長石陶瓷就是其中之一，它有著很低的導(dǎo)熱的效率。學(xué)者對這種材料進(jìn)行了探索和創(chuàng)新，在采用粉煤灰作為原料基礎(chǔ)上，將這兩種物質(zhì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和混合，從而創(chuàng)造出了一種新型的多孔的鈣長石陶瓷，它的熱導(dǎo)率相比較沒有混合之前的材料來說，耐熱性降低了很大一部分。在研究多孔鈣長石陶瓷時，結(jié)合了其它三種主要類型的材料，并且利用特殊的制造方式，將三種材料進(jìn)行高溫融合在了一起，然后采取相應(yīng)的方法來對其產(chǎn)生的新型物質(zhì)進(jìn)行了深入的分析，探索其耐熱性和導(dǎo)熱性的數(shù)值，以及其孔隙的數(shù)量。經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)可以得到，多孔的鈣長石陶瓷的熱傳導(dǎo)性受多方面的影響，主要有孔隙率、孔隙尺寸、孔隙結(jié)構(gòu)和顆粒尺寸等，這些因素會導(dǎo)致導(dǎo)熱率的降低。Li等使用了粉煤灰和石膏作為研究的材料，結(jié)合了兩種制造的主要方式來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后研制出了多孔的鈣長石陶瓷，同時該實(shí)驗(yàn)還有效的研究了發(fā)泡工藝對其所帶來的影響以及在這種材料的制作過程中，相關(guān)的添加劑所產(chǎn)生的作用。

3納米孔超級隔熱材料

所謂的SiO2氣凝膠實(shí)際上就是一種材料，它在形態(tài)上屬于固體形式的多孔的新型納米制的材料，一般來說，它的多孔的直徑大都在1到100納米之間，十分的狹小，而骨架的顆粒則相比空洞來說更為狹小，直徑大約是在1到20納米之間，因此從這兩個方面來說，這種材料的一個特性就是十分的輕盈，最小的密度甚至能夠達(dá)到0.001g/cm3，而它的高比表面積大約是在0.6到1.0m2/kg左右，孔隙率也十分的高，在整個的材料中，空隙的比例大都是在80%到99.8%之間，此外它還具有較低的耐熱性，導(dǎo)熱系數(shù)也很低，在低聲中的傳播速度可以達(dá)到100m/s，并且整體的特性呈現(xiàn)出半透明的狀態(tài)。正是因?yàn)檫@種材料擁有了如此眾多的特點(diǎn)和性質(zhì)，因此這種材料被廣泛地應(yīng)用于需要隔熱的材料，它的高密度的孔隙可以十分有效的來防止一些熱能的傳入，還可以防止熱能之間的對流，很多學(xué)者也針對于它的特性進(jìn)行了相關(guān)研究，經(jīng)過大量的相關(guān)研究和實(shí)驗(yàn)之后，對于納米孔SiO2氣凝膠隔熱材料熱導(dǎo)率模型進(jìn)行了深入的總結(jié)分析，促進(jìn)了SiO2氣凝膠的更廣泛的應(yīng)用。

4結(jié)語

經(jīng)過當(dāng)前研究的現(xiàn)狀和發(fā)展情況來看，將酚醛泡沫復(fù)合材料作為測試實(shí)驗(yàn)通過與其他材料復(fù)合進(jìn)行融合實(shí)驗(yàn)，以提取各自的有點(diǎn)的方式來促進(jìn)這樣的技術(shù)更加成熟的方式，使其更加能夠適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)的要求，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)不斷地成熟，而且已經(jīng)被廣泛地批量生產(chǎn)，應(yīng)用于當(dāng)前我國的各項(xiàng)才來哦的應(yīng)用之上。這項(xiàng)技術(shù)和這種材料的發(fā)展前景可謂是十分的廣泛和巨大。碳-酚醛燒蝕材料以其獨(dú)特的優(yōu)勢，甚至能夠滿足對于各項(xiàng)從材料都要求極高的飛行器上，大大提高了這種材料的使用范圍和使用的價(jià)值所在，并且其進(jìn)行制造所需要的相關(guān)材料的成本也較低，能夠滿足大規(guī)模的生產(chǎn)，因此應(yīng)用的前景可謂十分重要。

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