高强度碳气凝胶复合材料的制备及结构、性能研究OA北大核心

针对热防护系统的热桥阻断需求,以碳/石英纤维混编针刺预制体为增强体,酚醛树脂为碳前驱体,通过溶胶-凝胶、常压干燥和高温碳化工艺,制备出一种中密度-高强度碳气凝胶复合材料,系统研究了材料的微观结构、力学性能和隔热性能。结果表明:所制复合材料在中密度(约为0.80 g·cm^(-3))下具有较强的力学性能(5%压缩应变时压缩应力约为10 MPa)和优异的隔热性能(室温热导率<0.230 W·m^(-1)·K^(-1))。随着预制体中石英纤维质量分数从0%增加至20%,复合材料在1 000℃下等效热导率从0.224 W·m^(-1)·K^(-1)下降至0.158 W·m^(-1)·K^(-1),具备了高温热桥阻断应用潜力。进一步采用格子玻尔兹曼方法对材料室温至1 600℃下的热导率进行预测,发现了材料结构和环境因素对热导率的影响趋势,即碳气凝胶基体孔隙率的上升会导致热量传递的阻碍增大,从而导致复合材料热导率下降;预制体密度的增大导致热量传递的通道增加,使复合材料热导率增大;石英纤维含量的增加会导致复合材料热导率逐渐下降;当气压较小时,热导率随气压的增大迅速增大,而当气压较大时,热导率几乎不受影响。