浅析航空航天用隔热材料的研究进展

荀龙鑫

摘要：隔热材料是飞行器进行防护的重要材料，特别是针对那些受长时间气动加热的超高速航天器，飞行器的外表面因为高速摩擦会产生极高的温度，这一方面要求隔热材料可以很好的阻止热量进入到航空器内部，避免影响到整个飞行器内部电子设备的正常运行，此外，还需要要求这些材料的质量要轻，并且尽量提高最大的重复利用率。本文在研究的过程中主要分析了以酚醛泡沫复合隔热材料、氧化铝泡沫陶瓷材料及新型纳米隔热材料为代表的隔热材料技术的研究进行，并研究这些材料的组成、结构以及性能特点，并且在此基础也对航天器的隔热材料的未来发展进行了展望与分析。

关键词：航天器;隔热材料;研究进展

就飞行器的研究而言，未来的飞行器在发展方面的要求越来越严格，飞行的时间以及所运行的功能方面的要求更高，并且航空器的研究也逐渐成为了世界上航空大国的重要研究方向。对于高速飞行器的发展而言，在长时间受到飞行时所产生的大量热量影响下，为了更好地保障飞行器的主体安全以及内部电子设备的稳定和安全，必须要采用能够达到要求的隔热材料，从而避免飞机表面的热量流入内部。此外，轻质高效的热防护系统对于导弹、航天飞行器的有效荷载，从而进一步增大了飞行距离。在最近几年的时间内，美国所研究的X-43A、X-51A、HTV-2和X-37B等多种超高速飞行器在研究的过程中都极为重视隔热材料的使用，目前在航天器上最主要使用的隔热材料主要有酚醛泡沫复合材料、氧化铝陶瓷泡沫材料以及纳米孔超级隔热材料等。

1酚醛泡沫复合材料

酚醛泡沫这一材料在其性质方面，主要的特点是低密度、低热导率，同时还具有很好的抗高温性。它的制备工艺主要有两种，一种是干法工艺，另一种是湿法工艺，前者立足于通过加热之后进行制备，后者立足于以加热加湿的方式在进行制备。在高真空的环境下，对酚醛泡沫的耐高温的情况进行了试验，所得到的实验证明了其有着很强的耐高温的性质，符合航空航天所需要的隔热材料的要求。

酚醛泡沫有不同的种类和标准，如果是普通材料，那么会有很多的缺点，比如硬度大、质脆等特点就大大降低了它的适应性。想要增强它的韧性度，就必须采取一定的物理方式，来增强它的性能。

2氧化鋁泡沫陶瓷材料

氧化铝泡沫陶瓷材料具有多个优点，比如低密度、低热导性、高耐热震性等特点，使这种材料可以广泛的应用于多个行业和领域，是一种非常优越的隔热材料。在某些高标准要求的电池中，使用这种材料，可以产生很好的隔热效果，这种材料在室温的环境下，对于热能的阻隔作用很明显。经过不断的研究和创新，一种新型的，高孔隙率氧化铝泡沫材料，成功研制了出来，在室温的环境下，整体的材料性质不会产生太大的变化，但是当随着温度不断的升高之后，它的热导率也随之会发生很大的变化，受热辐射的影响作用，热导率升高，而氧化铝则与此相反，它的热导率受热辐射的影响作用，随着温度的不断升高，它的济宁阻隔热能的作用在不断的下降。

氧化铝泡沫陶瓷具有很多种不同的种类，多孔的钙长石陶瓷就是其中之一，它有着很低的导热的效率。学者对这种材料进行了探索和创新，在采用粉煤灰作为原料基础上，将这两种物质进行了实验和混合，从而创造出了一种新型的多孔的钙长石陶瓷，它的热导率相比较没有混合之前的材料来说，耐热性降低了很大一部分。在研究多孔钙长石陶瓷时，结合了其它三种主要类型的材料，并且利用特殊的制造方式，将三种材料进行高温融合在了一起，然后采取相应的方法来对其产生的新型物质进行了深入的分析，探索其耐热性和导热性的数值，以及其孔隙的数量。经过上述实验可以得到，多孔的钙长石陶瓷的热传导性受多方面的影响，主要有孔隙率、孔隙尺寸、孔隙结构和颗粒尺寸等，这些因素会导致导热率的降低。Li等使用了粉煤灰和石膏作为研究的材料，结合了两种制造的主要方式来进行实验，最后研制出了多孔的钙长石陶瓷，同时该实验还有效的研究了发泡工艺对其所带来的影响以及在这种材料的制作过程中，相关的添加剂所产生的作用。

3纳米孔超级隔热材料

所谓的SiO2气凝胶实际上就是一种材料，它在形态上属于固体形式的多孔的新型纳米制的材料，一般来说，它的多孔的直径大都在1到100纳米之间，十分的狭小，而骨架的颗粒则相比空洞来说更为狭小，直径大约是在1到20纳米之间，因此从这两个方面来说，这种材料的一个特性就是十分的轻盈，最小的密度甚至能够达到0.001g/cm3，而它的高比表面积大约是在0.6到1.0m2/kg左右，孔隙率也十分的高，在整个的材料中，空隙的比例大都是在80%到99.8%之间，此外它还具有较低的耐热性，导热系数也很低，在低声中的传播速度可以达到100m/s，并且整体的特性呈现出半透明的状态。正是因为这种材料拥有了如此众多的特点和性质，因此这种材料被广泛地应用于需要隔热的材料，它的高密度的孔隙可以十分有效的来防止一些热能的传入，还可以防止热能之间的对流，很多学者也针对于它的特性进行了相关研究，经过大量的相关研究和实验之后，对于纳米孔SiO2气凝胶隔热材料热导率模型进行了深入的总结分析，促进了SiO2气凝胶的更广泛的应用。

4结语

经过当前研究的现状和发展情况来看，将酚醛泡沫复合材料作为测试实验通过与其他材料复合进行融合实验，以提取各自的有点的方式来促进这样的技术更加成熟的方式，使其更加能够适应现代技术的要求，随着科学技术的不断发展，已经不断地成熟，而且已经被广泛地批量生产，应用于当前我国的各项才来哦的应用之上。这项技术和这种材料的发展前景可谓是十分的广泛和巨大。碳-酚醛烧蚀材料以其独特的优势，甚至能够满足对于各项从材料都要求极高的飞行器上，大大提高了这种材料的使用范围和使用的价值所在，并且其进行制造所需要的相关材料的成本也较低，能够满足大规模的生产，因此应用的前景可谓十分重要。

参考文献：

[1]沈学霖，朱光明，杨鹏飞.航空航天用隔热材料的研究进展[J].高分子材料科学与工程，2016，32（10）：164-169.

[2]贾德昌，何培刚，苑景坤，等.铝硅酸盐聚合物及其复合材料研究进展[J].硅酸盐学报，2017，45（12）：1721-1737.

[3]汪长安，郎莹，胡良发，等.轻质、高强、隔热多孔陶瓷材料的研究进展[J].陶瓷学报，2017，38（3）：287-296.

[4]郝聪林.浅析新型建筑保温隔热材料的研究及应用进展[J].民营科技，2016（4）：117-117.