高温低热导率隔热材料的研究现状及进展.pdf

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1、万方数据研究与开发文章编号：1001—9642(2006)01一0016一03高温低热导率隔热材料的研究现状及进展张娜，张玉军，田庭艳，刘超(山东大学材料科学与工程学院，济南250061)【摘要】：新型隔热材料的一个重要发展方向是具有高温低热导率的复合材料的研究和开发。重点对硅酸铝纤维、六钛酸钾晶须及气凝胶二氧化硅隔热材料的特点进行了综述，探讨了几种颇具前景的高效高温隔热材料。【关键词】：低热导率，隔热材料，硅酸铝纤维，六钛酸钾晶须，气凝胶so。1引言隔热材料在航空航天、能源、化工和冶金等众多工业领域已被广泛应用，其重要发展动向是具有低热导率的复合功能隔热材

2、料的研究和开发。传统耐火材料具有高温强度，但隔热性能欠佳，一般隔热材料具有优异的隔热性能，但缺乏高温强度。因此兼有优良隔热性能和高温强度复合功能的耐火隔热材料成为新的研究热点。其技术关键是在材料配方设计和工艺研究中如何协调和兼顾隔热性能和高温强度这两个相互制约的物性⋯。为了获得具有较高强度和较低热导率的复合隔热材料，需要经过一些配方组成的试验，改变其材料的种类和组成，采用不同的粘合剂和添加量，探讨材料的配方，工艺参数与隔热效果间的关系，优选出材料的配方，确定复合隔热材料的结构组成[2】。本文主要讨论了目前常用的几种隔热材料的特点，并对高温低热导率复合隔热材料

3、的研制提出了几个发展方向。2各种隔热材料的特点2．1硅酸铝纤维硅酸铝耐火纤维作为高温绝热材料和耐火材料已经有很长的历史了。近年来，这种材料又作为隔热材料被用来制备新的薄层陶瓷纤维复合材料绝热层，并在航空航天领域获得了广泛的应用，尤其在要求质量轻和占用空间有限的绝热部位，这一材料得到了最有效的利用，达到了理想的热防护效果，从而愈来愈受到重视。以硅酸铝为基料的陶瓷纤维可以制成各种形式的制品，如纤维垫、纤维毡、纤维板、纤维纸、纤维绳和各类织物等∞】。目前，许多国家都开展了对硅酸铝纤维的研制和应用工作，其中美国、前苏联、日本、和英国等处于领先地位，特别是美国开发出许

4、多新品种，美国的金收稿日期：2005一08—29作者简介：张娜(】980一)，女，硕士生。16l乒属循簦{

5、D％／悯G％4^∥忙sf2006(42)第1期刚砂公司(Carborudum)已经制造出厚度达0．8mm的硅酸铝纤维纸，这种纤维纸具有质量轻、热导率小和耐火等特点⋯。在航空航天领域，硅酸铝纤维复合材料已用作火箭发动机部件的隔热层、点火装置内衬、氧气发生器的绝热层等。在军用和商用飞机上用于机翼前缘、端头帽烧蚀防护层、排气通道热防护层和飞机上各种仪器设备的防火保护层等【5，9

6、。与其他绝热耐火材料相比，硅酸铝纤维具有很小的体积密度、比热容、热导率和特别好的

7、耐温度急变性，使用温度大于l200℃。若加入适量的氧化铝纤维，使用温度可以更高。硅酸铝纤维直径多为2～6微米，其表面光滑而无缺陷。硅酸铝纤维主要有以下四种类型：普通硅酸铝纤维、高纯硅酸铝纤维、含铬硅酸铝纤维、高铝纤维。硅酸铝纤维是Al，0，一SiO，融物在聚冷条件下形成的玻璃体。其化学组成和物理性质见表1和表2。表1硅酸铝纤维的化学组成舭O，(％)ls∞3(％)№03(％)K20+Na20(％)48．9374．9O．98

8、60．15～0．172．2六钛酸钾晶须六钛酸钾晶须的化学式K，O·．6TiO，。六钛酸钾的晶体结构属三斜晶系，空间群为C2／m，晶胞参数为a=11．37A，b=3．80A，c=6．62A，p=100．1o，单位格子中的分子数为2。在六钛酸钾的晶体结构中，Ti的配位数为6，以TiO。八面体通过共面和共棱连结而成连锁的隧道状结构，K+离子居于隧道的中间，隧道轴与晶体轴平行fl0

9、，从六钛酸钾的晶体结构图中可以看出，K+离子被隧道状结构包裹住，而与环境隔开，使K+离子无法突破这些隧道状包裹层而具备化学惰性。也正因为K+离子结构上的化学惰性，从而使六钛酸钾晶须具备有

10、独特的隔热性能。2．2．1优异的隔热性能六钛酸钾晶须的导热系数较小，室温下为0．089W／M·K，800℃时则只有0．017W／M·K，即具有负的温度系数。与传统石棉隔热材料相比，六钛酸钾万方数据2006年第1期中国陶瓷图1六钛酸钾晶须扫描照片Fig．1SEMphotographofK2Ti6013whiskers晶须则具有下列显著特点：无毒无害，性能稳定；使用温度高，可达l00℃；使用寿命长；无“灰化”现象产生，不产生污染环境等。对于传统石棉材料的替代品，不论是性能还是成本，六钛酸钾晶须应该说是比较理想的首选材料。利用六钛酸钾晶须的隔热性能，已经开发出与硅

11、树脂复合的涂层⋯】。2．2．2高的红外线反射性能和高