二氧化锆空心微球隔热材料研究

123456aa · 发表于 2022-4-20 15:58:11

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雅宝题库解析：
航天飞行器在发射和返回大气层过程中，表面会经受严重的气动热，为了确保飞行器的安全可靠，必须在飞行器上敷设耐高温的隔热材料。在要求隔热材料具有低热导率的同时，还必须使其具有低密度和高强度，因此，开发轻质、耐热、高强、高效隔热材料是航天器热防护领域的重要研究方向。本研究以微米级氧化锆空心球为原料，通过分别添加氧化锆纳米粉和氧化锆纤维，制备了具有较低体积密度、较高强度和较低高温热导率的二氧化锆空心球隔热材料，以期应用于航天器热防护组件的设计及制造。通过优化成型工艺参数，确定了制备氧化锆空心球隔热材料的最佳工艺。利用SEM观察材料的显微结构，用万能试验机测试材料的力学性能，采用激光加热法测试材料的热导率。研究了纳米粉含量、纤维含量和烧结温度对隔热材料体积密度、显气孔率、抗压强度、抗弯强度和热导率的影响规律。成型压力对空心球隔热材料的影响较大。成型压力过大，空心球体破损严重；成型压力过小，球体之间不能紧密排列。当成型压力适当时，空心球可紧密排列并保持较好的完整度。氧化锆纳米粉可以促进氧化锆空心球的烧结。随着纳米粉含量的增加，空心球隔热材料的体积密度和强度逐渐增大，热导率也随之升高。烧结温度越高，空心球隔热材料的体积密度越大，强度越高，热导率越大。1500 ℃烧结温度下制备含15 wt%纳米粉的材料具有较低体积密度、较高强度和较低高温热导率：相应的体积密度为2.93 g/cm3；抗压强度和抗弯强度分别为7.47 MPa和3.57 MPa；1000 ℃高温下热导率为0.407 W/(m•K)。氧化锆纤维可以显著提高氧化锆空心球材料的强度。随着氧化锆纤维的增加，空心球隔热材料的强度先增加后减小，当纤维含量为15 wt%时，强度达到最大值。烧结温度越高，空心球隔热材料的体积密度越大，强度越高，热导率越大。1500 ℃烧结温度下制备含15 wt%纤维的材料抗压强度和抗弯强度分别为6.34 MPa和3.62 MPa，是未添加纤维材料的6~7倍，相应的体积密度为2.84 g/cm3，1000 ℃高温下热导率为0.396 W/(m•K)。通过控制纳米粉含量、纤维含量、烧结温度等参数，实现了空心球隔热材料的体积密度、强度和热导率的可设计性。该材料很有希望成为一种新型轻质、耐热、高强、高效隔热材料。

二氧化锆空心微球隔热材料研究

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