《莫來石纖維/晶須網路結構材料及其彈性變形行為》是依託天津大學，由杜海燕擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：莫來石纖維/晶須網路結構材料及其彈性變形行為
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：杜海燕
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對可重複使用式太空飛行器表面縫隙的高溫密封需求，借鑑網路結構易變形、可恢復、高穩定的結構特點，結合國情，以莫來石短纖維為基礎，通過真空抽濾、凝膠固化、漿料浸漬和高溫處理等工藝，製備纖維搭接處結合、表面生長晶須的類鳥巢壁網路結構材料；以搭接點強度維持結構穩定性，纖維彎曲變形和晶須互鎖保證巨觀彈性，使材料呈現可用於高溫密封的壓縮-回彈特性。藉助質譜聯用高溫同步熱分析儀及高溫掃描電子顯微鏡，同步分析反應過程中化學變化與熱重變化及纖維表面成分變化，研究質點擴散和晶鬚生長的熱力學條件和動力學機制；通過X射線斷層掃描重構技術分析不同載荷下纖維形變與孔結構變化，研究材料在不同溫度下的彈性變形行為與結構的關係，揭示材料高溫壓縮-回彈性的內在機制與規律；獲得在輕質、隔熱、耐溫基礎上，具有壓縮變形恢復能力的高溫密封材料。為高溫彈性密封材料的設計探索新技術途徑，為先進太空飛行器表面的高溫密封提供候選材料。
結題摘要
課題以航天飛行器高溫密封套用為背景，以莫來石短纖維為主要原料，通過真空抽濾、凝膠固化、冷凍澆注成型和高溫處理等工藝，製備了纖維/晶須複合的類鳥巢網路結構材料；以搭接點粘結維持結構穩定性，纖維彎曲變形和晶須互鎖保證巨觀彈性，使材料呈現可用於高溫密封的壓縮-回彈特性。探討了纖維複合網路結構材料的常/高溫彈性力學行為，為該類材料在高溫隔熱和密封中的套用奠定理論基礎。同時研究了該類材料氣體過濾性能，為其在熱煙氣過濾方面的套用奠定了基礎。 採用矽硼溶膠浸漬真空抽濾、煅燒工藝，以SiO2-B2O3作為粘結相，獲得了氣孔率為74.2–88.3%，熱導率為0.231–0.248 W/m.K，抗壓強度為1.3–3.2 MPa，回彈率為81–88%的多孔網路結構。製備了具有良好常溫、高溫壓縮回彈特性的鳥巢結構莫來石纖維複合材料。該材料在環境溫度為1000℃時，仍具有2.25MPa的抗壓強度，回彈率86%. 利用冷凍澆注成型工藝製得的纖維網路結構比採用抽濾工藝製備的同種材料具有更低的導熱率，更好的高溫結構穩定性和回彈性；實驗證實纖維的取向對材料的性能有影響，纖維三維隨機分布結構更有利於獲得高彈性模量，髙結構穩定性的莫來石短纖維多孔材料。 通過控制纖維與填充相（AlF3/SiO2）比例製得了結構均勻、輕質（體積密度低於0.5g/cm3）、隔熱（熱導率低於0.2 W/m•K）、高回彈性（壓縮回彈率達到98%）的莫來石纖維複合材料；通過調節填充相中F/Si比例可調控纖維表面的二級結構的相組成和形貌，其中以晶須為二級結構的網路回彈性優於其它的二級結構網路。同時研究了不同二級結構對材料孔徑分布及氣體顆粒物過濾性能。二級結構可顯著提高纖維網路結構的比表面積，及顆粒物過濾效率。 發展了採用顯微CT結合相應軟體提取材料結構信息，通過力學模型對材料性能進行模擬，並利用實測數據進行驗證的模擬和實驗技術，真正實現針對材料的實際套用需求進行材料設計，為該類材料的發展和套用奠定理論基礎。
