Al2O3氣凝膠充填非石墨化泡沫碳的干燥工藝及抗氧化涂層研究.pdf

1、輕質(zhì)隔熱復合材料是航天領(lǐng)域熱防護系統(tǒng)研究的重要課題,Al2O3氣凝膠和非石墨化泡沫碳材料是兩種重要的輕質(zhì)隔熱材料,但是各有不足。Al2O3氣凝膠對紅外輻射完全透明,并且力學強度低,脆性大,很少能直接作為隔熱材料來使用;而非石墨化泡沫碳的多孔結(jié)構(gòu)決定了可以作為氣凝膠的骨架,對氣凝膠進行機械增強。為此,本課題研究將Al2O3氣凝膠填充到非石墨化泡沫碳的內(nèi)部孔洞中,利用氣凝膠的絕熱保溫性能和泡沫碳剛性結(jié)構(gòu)材料制備出力學強度優(yōu)異、隔熱效果更好的

2、結(jié)構(gòu)功能一體化的輕質(zhì)隔熱復合材料。
　　本課題通過大量的實驗,研究了Al2O3氣凝膠填充泡沫碳的干燥工藝和泡沫碳表面抗氧化涂層的制備,分別研究了常壓干燥法和冷凍干燥法制備Al2O3填充泡沫碳復合材料,其中冷凍干燥法采用水和叔丁醇兩種溶劑。
　　通過掃描電鏡對Al2O3填充泡沫碳復合材料的觀察表明,用常壓干燥法制備出的產(chǎn)品中Al2O3氣凝膠收縮嚴重,呈現(xiàn)龜裂板塊狀,與泡沫碳骨架結(jié)構(gòu)之間發(fā)生剝離,氣凝膠失去其原本應(yīng)有的多孔特征;

3、由冷凍干燥法制備的產(chǎn)品中氣凝膠形貌呈現(xiàn)層狀枝晶結(jié)構(gòu),片層間隔為10um,氣凝膠骨架厚度為5um,氣凝膠在泡沫碳孔洞中相互連接為一個整體,與泡沫碳骨架之間有物理粘附作用,并且沒有產(chǎn)生明顯的體積收縮。
　　對復合材料的抗壓性能進行測試結(jié)果表明,Al2O3/泡沫碳復合材料的抗壓曲線與泡沫碳空模板的抗壓曲線均呈現(xiàn)出典型的壓陷曲線特征,Al2O3/泡沫碳復合材料中泡沫碳的骨架是主要承力結(jié)構(gòu),壓縮強度與未填充時基本一致。
　　針對不同干

4、燥工藝制備的Al2O3/泡沫碳復合材料的熱學性能分析表明,在泡沫碳孔洞中填充Al2O3之后,相比未填充時隔熱性能得到很大提高,用冷凍干燥法制備出的復合材料具有最低的熱導率,在室溫的條件下,冷凍干燥法產(chǎn)品的熱導率比常壓干燥法產(chǎn)品的熱導率小,三種模板的降低最大幅度分別為1＃模板產(chǎn)品降低23.52％,2＃模板產(chǎn)品降低23.58%,3＃模板產(chǎn)品降低13.74%。
　　填充Al2O3氣凝膠之后復合材料的密度有不同程度的提高,常壓干燥法產(chǎn)品三

5、種模板密度分別提高了93.77%、66.60%、71.86%,而冷凍干燥產(chǎn)品其密度提高相對較小,對應(yīng)模板的提高幅度分別為60.78%、52.66%、58.82%。
　　抗氧化涂層采用涂刷的方法在泡沫碳表面封填一種含有SiO2、B2O3、MoSi2、SiB4四種成分的多體系涂層。通過涂刷燒結(jié)制備的泡沫碳表面抗氧化涂層在掃描電鏡下表面有凸起的泡沫碳骨架,表面整體不平整,但是涂層能夠?qū)ε菽嫉目锥催M行一定程度上的封閉。涂層對于泡沫碳基體