Al2O3-SiO2气凝胶高效隔热复合材料的红外改性及其隔热机制

近空间高超声速远程机动飞行器对耐更高温度的高效隔热材料提出了迫切需求。莫来石纤维增强Al2O3-SiO2气凝胶复合材料是一种新型的耐高温隔热复合材料。本项目提出采用聚碳硅烷通过先驱体转化技术对莫来石纤维表面均匀裂解生成SiC涂层，实现对纤维的红外辐射改性，显著提高纤维抑制高温辐射传热能力和气凝胶复合材料的高温隔热性能，该方法属国内外首创；.通过溶胶-凝胶、超临界流体干燥等工艺优化，减少Al2O3-SiO2气凝胶中的缺陷，提高气凝胶密度，控制气凝胶与SiC涂层之间的界面结合，提高复合材料的高温隔热性能和力学性能；弄清红外改性后气凝胶复合材料的高温隔热机制、隔热性能与温度的响应关系、隔热性能失效机制。本项目的研究成果将对近空间高超声速远程机动飞行器防隔热结构关键技术突破提供技术和理论支撑。

近空间高超声速远程机动飞行器对耐更高温度的高效隔热材料提出了迫切需求。莫来石纤维增强Al2O3-SiO2气凝胶复合材料是一种新型的耐高温隔热复合材料。本项目采用聚碳硅烷通过先驱体转化技术对莫来石纤维表面均匀裂解生成SiC 涂层，实现了对纤维的红外辐射改性，显著提高了纤维抑制高温辐射传热能力和气凝胶复合材料的高温隔热性能，该方法属国内外首创；.　　　通过溶胶-凝胶、超临界流体干燥等工艺优化，减少Al2O3-SiO2气凝胶中的缺陷，提高气凝胶密度，控制气凝胶与SiC涂层之间的界面结合，提高了复合材料的高温隔热性能和力学性能；确定了红外改性后气凝胶复合材料的高温隔热机制、隔热性能与温度的响应关系、隔热性能失效机制。本项目的研究成果将对近空间高超声速远程机动飞行器防隔热结构关键技术突破提供技术和理论支撑。.　　　主要结果论如下：.　　　（1）研究了有机铝醇盐、乙醇含量和水含量对Al2O3溶胶性质的影响。以仲丁醇铝为先驱体，H2O/ASB物质的量的比为0.6时，在60℃搅拌约45分钟后获得澄清的Al2O3溶胶。确定了Al2O3溶胶ASB/EtOH/H2O摩尔比为1：8~16：0.6。.　　　（2）研究了Al2O3-SiO2气凝胶的结构组成和高温热稳定性能。常温下Al2O3-SiO2气凝胶主要成分为多晶勃姆石相，具有低密度、高孔隙率、高比表面积的特点，1200℃时由73m2/g增加到115m2/g，表现出良好的耐高温性能。.　　　（3）确定了优化的Al2O3-SiO2气凝胶复合材料制备工艺参数。裂解温度对SiC消光系数的影响最为显著，当升温速率为15℃/min、裂解温度为1100℃、保温时间为80min，SiC消光系数最高。聚碳硅烷浓度为10%时，莫来石纤维的消光系数最高，为43.31m2/kg。当Al/Si摩尔比为3：1、气凝胶密度为0.072g/cm3时，材料的弯曲、拉伸和25%形变时的压缩强度分别为0.42、0.53、0.38MPa，1000℃时的导热系数为0.042W/m·K，比未进行红外改性的Al2O3-SiO2气凝胶复合材料（0.062W/m.K）降低了32.2%，具有优异的高温隔热性能。