重复使用对纤维增强SiO2气凝胶材料隔热性能的影响

田响宇 韩银龙 周 粮 吴 琼 尚 磊 高庆福 张 博

1）中国航空制造技术研究院 北京100024

2）沈阳飞机设计研究所 辽宁沈阳110035

3）湖南荣岚智能科技有限公司 湖南湘潭411100

近年来，随着国际竞争日益激烈和世界军事格局变化，对新型航空航天飞行器提出了更高要求［1-2］，具有高马赫数、长航、可重复使用及多用途的航空航天武器装备已成为各军事大国的研究重点［3］。随着飞行马赫数增加，飞行器表面气动加热愈加严重，承受的热环境将更加恶劣。稳定可靠的热防护材料是飞行器安全服役的重要保障，也是新型航空航天飞行器亟待解决的关键技术之一［4-6］。

气凝胶由纳米骨架和纳米多孔结构组成，是目前已知的热导率最低的固体材料，在诸多领域有广阔的应用前景，特别是在隔热领域优势明显［7-10］。国外对于气凝胶在隔热领域的应用研究开展较早。1992年，Fricke等［16］成功制备了密度为120 kg·m-3、室温热导率0.013 W·（m·K）-1的SiO2气凝胶；国内国防科技大学研制的纳米多孔SiO2气凝胶高效隔热，密度0.25 g·cm-3，室温热导率0.019 W·（m·K）-1，800℃热导率0.023 W·（m·K）-1，已经在航天领域应用［11-12］。

然而，目前的气凝胶材料主要应用在使用环境较为温和的民用建筑、管道保温和单次短时使用的航天飞行器热防护领域。多次重复使用的航空航天飞行器一方面服役环境复杂，同一型号不同部位所处的服役热、力等环境有显著区别；另一方面要求单次服役时间长，并且需要多次重复使用。而气凝胶材料的纳米结构表面能高，且纳米骨架强度低，在反复的高温条件下易发生烧结，骨架坍塌，使其失去纳米孔结构，严重降低材料的隔热效果。……