热控相变材料熔渗纳米多孔陶瓷的研究.pdf

热控相变瓷的研究材料熔渗纳米多孑湖南大学博士学位论文迨窒筌趱旦翅;生主旦ǖ学校代号:学密级:公开号:.
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罔净凌、.何日期:洲咕砂芋月钥日学位论文版权使用授权书湖南大学学位论文原创性声明髂瓿日期:蚊年,月;年屡锶本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:日期:本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于C芸冢谀杲饷芎笫视帽臼谌ㄊ椤槐C芑亍朐谝陨舷嘤Ψ娇蚰诖颉啊獭导师签名:
摘要根据熔渗实验模型与力学基础理论,推导了相变材料熔体熔渗多孔陶瓷过程料熔体渗入多孔陶瓷孔隙的深度条件以及相变材料热物性参数与多孔陶瓷孔隙深谰萑凵票腹ひ盏难芯坷砺郏笛檠芯苛四擅锥嗫滋沾傻娜芙阂荒实验过程中发现随乙醇含量增加,样品的孔径增大,即通过乙醇的不同配比可以相变复合材料的性能测试表明:石蜡或糖醇相变材料与多孔陶瓷基体相容性新型航天飞行器在大气层中长航时且以大于乃俣确尚惺保庥龅降钠动加热环境极其严重,其表面累计气动加热温度超过妗R虼耍U垢咝Ц热以及可热控的复合材料研究和设计具有重要的意义。本文首次将相变材料应用到飞行器内部防热系统上,通过利用纳米多孔陶瓷的三维骨架支撑作用,使相变‘材料比较均匀且充分地分布在多孔陶瓷网状结构之中,开展了热控相变材料熔渗纳米多孔陶瓷的研究。研究表明:多孔陶瓷骨架将—%的相变材料分成无数个纳米级蓄热小单元,当温度超过相变材料的熔点时,相变材料熔化而吸收热量,延缓了热量的传递,控制了温度的急剧上升,且因陶瓷骨架纳米孔的毛细管力作用,不会使相变材料熔体流出,保持了复合材料的定型结构。论文主要从以下几个方面开展研究工作:ü啾洳牧先厶褰嗫滋沾傻牧ρ频家约凹扑懔魈辶ρ砑/拇饶D猓芯苛巳凵檀却实亩ρЩ怼中的力学方程,导出了复合材料制各工艺中多孔陶瓷基体孔隙半径条件、相变材度的关系式;根据体积平均理论与热焓法,模拟了熔渗过程中多孔陶瓷内相变材料熔体的压力分布、温度分布以及速度等。理论上确定了复合材料的制备工艺条件:陶瓷基体理论半径宜小于×一,浸渗温度要大于相变材料的熔点小于多孔陶瓷的烧结温度,浸渗时间依据具体的实验工艺制定。制备工艺和陶瓷基相变复合材料的熔融浸渗制备工艺。实验研究表明,多孔陶瓷基体具有相互连通的孔结构,平均孔径约,密度为痗,,比表面积为/调节样品的孔尺寸或结构。当乙醇与正硅酸乙酯的摩尔比为或时,合成的孔结构特点的陶瓷基体适宜做相变材料的支撑材料,相变材料的浸渗率最大。选用石蜡作为相变材料时,浸渗率达到%,浸渗时间宜为谎∮锰谴作为相变材料时,浸渗率达到%,浸渗时间宜为8春喜牧系慕制备温度适宜超过相变材料熔点之上约℃。好,熔渗过程中不会发生化学反应;相变复合材料的相变温度范围为~妫热摔相变材料熔渗纳米多孔陶瓷的研究
捎镁哂懈呶杖戎档腪团鹚嵛L砑蛹粒状窝芯苛烁呷蓄热密度最高达到/。石蜡相变复合材料的抗弯强度为.,屈服强度为,抗压模量为.;糖醇群啾涓春喜牧的抗弯强度为..⒔行了相应的传热模拟研究。在相同测试条件下,当热面温度为媸保ヒ欢嗫籽趸锾沾筛羧雀春材料的冷面温度为℃;石蜡相变复合材料的冷面温度最低为℃;,糖醇相变复合材料的热控效果好于石蜡相变复合材料。相变复合材料的传热模拟表明,相变复合材料在接近加热面的位置,相变材料熔化非常快,随着时间的推进,液相区域加长,,固相区域变短。三种相变复合材料的传热模拟发现,在相同的传热时间,,表明了相变复合材料的蓄热密度是控制温度升高最关键的影响因素。,并以陶瓷纤维为基体,制备了高蓄热密度的陶瓷基相变复合材料。含氖啾涓春喜牧现票秆芯勘砻鳎琙跃宓形式分布在陶瓷纤维结构之中,℃的温度区域有较大的吸热峰,⒈N时,其冷面温度在~℃范围有个迟缓过程,其延缓时间为,热控效果比较显著。含硼酸的糖醇相变复合材料制备