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我国研发超级隔热材料:可耐温1200℃

  隔热材料,又称热绝缘材料,在许多领域,包括航空航天工业都有广泛应用,同时具有重要的节能价值。新型纳米隔热材料具有低于同温度下的静止空气的热导率,被称作超级隔热材料。

  热量在隔热材料中的传递途径,主要有固相导热、气相导热和辐射传热三种,具有低热导率的纳米超级隔热材料应具备以下特征:构成固相骨架材料的密度和热导率应尽量低;材料的孔径结构应满足孔径小,且分布集中的要求;构成骨架的纳米颗粒之间的接触状态应最大限度降低气固耦合传热。

  目前,文献报道较多的有SiO2纳米超级隔热材料。制备SiO2纳米超级隔热材料对孔结构的控制目标是使该材料具有均匀的孔径;孔体积应尽量大;同时,大孔所占体积相对少。据报道,可采用酸碱两步催化法制备SiO2纳米超级隔热材料。SiO2纳米超级隔热材料的孔结构与所用催化剂和溶剂中的水用量有关;SiO2骨架颗粒的大小及分布与催化剂的浓度相关。所获得的SiO2纳米超级隔热材料由纳米颗粒相互连接形成链状骨架,纳米颗粒的直径在10~20 nm 之间,具有比较均匀的粒径分布。采用酸碱两步催化工艺,可以精确控制催化剂及水的比例,能够调控SiO2纳米超级隔热材料纳米颗粒的生长及粒径分布,使SiO2纳米超级隔热材料的微观结构均匀性得到明显的提高。

  最近,我国航天材料及工艺研究所进一步优化了纳米超级隔热材料的组成与结构,在酸碱两步法制备SiO2纳米超级隔热材料的基础上,制备了具有均匀孔结构的SiO2-Al2O3纳米超级隔热材料。传统制备SiO2-Al2O3复合纳米超级隔热材料的方法是分别配置SiO2和Al2O3溶胶,然后将两者按比例混合,经凝胶、老化、干燥后得到。由于Al2O3前驱体的水解速率远高于SiO2前驱体,使得所获得的SiO2-Al2O3微观结构不均匀。为克服上述方法的缺点,在实验过程中采用纳米氧化铝粉体为Al2O3的前驱体,采用与SiO2纳米超级隔热材料相似的工艺制备SiO2-Al2O3纳米超级隔热材料。实验中采用的纳米氧化铝粉体直径约为10~20nm,与SiO2纳米超级隔热材料骨架的尺寸在同一量级,控制凝胶的条件及纳米氧化铝粉体加入的时间,使氧化铝纳米颗粒均匀地嵌入到SiO2纳米骨架中,形成与SiO2纳米超级隔热材料相似的“纳米颗粒堆积”多孔结构。

  检测表明,该所所研发的SiO2-Al2O3复合纳米超级隔热材料,最高使用温度可达到1200℃,在室温和高温条件下均表现出优异的隔热性能,而且也突破了大尺寸(最大达600mm) 复杂形状部件的制造工艺技术。该材料在25℃常压条件下的热导率仅为0.02W/m?K,即使在800 ℃的高温条件下,其热导率也只有0.034W/m·K。在真空条件下,该材料的热导率表现出明显的下降趋势,例如在25℃/104 Pa 下其热导率仅为0.012 /m?K,比常压下下降40% 以上,在5 Pa 条件下,甚至降至0.006/m?K, 下降幅度达到70%; 在800℃/6 Pa 条件下,其热导率也仅为0.02W/m?K。

  来源:中国钢铁新闻网



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