開題報(bào)告新型陶瓷纖維及復(fù)合材料制備基礎(chǔ)與性

一、對專題及子課題的認(rèn)（一）新型陶瓷纖維及復(fù)合材料基礎(chǔ)與性能研（二）纖維增強(qiáng)三氧化二鉻氣凝膠隔熱復(fù)合材料及性能研（三）（FRCMC點(diǎn)，提高材料的抗熱震沖擊能力；同時(shí)保持陶瓷基體耐高溫、低膨脹、低密度、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，在航空航天飛行器需要承受極高溫度的特殊部位具有很大的應(yīng)用前景。因此，專題針對陶瓷基復(fù)合材料的和性能表征分別開展針對陶瓷纖維增強(qiáng)體PIP工藝用陶瓷先驅(qū)體以及陶瓷基復(fù)合材料抗氧化涂層涂等的和性能表征方面的基礎(chǔ)研究，為高性能陶瓷基復(fù)合材料的及其在高溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。（四）隨著航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展，未來航天飛行器的飛行速度更高，飛行時(shí)間更長，這導(dǎo)致其表面受到的氣動(dòng)加熱將更加嚴(yán)重，承受的熱環(huán)境將更為惡劣。防熱問題已成為新型航天飛行器發(fā)展中無法避免而又必須妥善解決的重大技術(shù)難題。因此，在航天飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng)中，采用具有輕質(zhì)、高熱阻功能的新型隔熱材料，是阻滯熱量傳遞，保證飛行器正常運(yùn)行的關(guān)鍵，這對隔熱材料提出了更加苛刻的要求。這要求隔熱材料具有輕質(zhì)、耐高溫、低導(dǎo)熱系數(shù)等特點(diǎn)，同時(shí)還要有良好的力學(xué)性能，以便能夠經(jīng)受住飛行過程中振動(dòng)作用。此外，在民用方面，全球能源的日益緊缺已成為世界范圍性的問題，在許多高溫隔熱領(lǐng)域，同樣也對新型高效隔熱材料提出了迫切需求。然而，傳統(tǒng)的隔熱材料如耐火纖維(硅酸鋁或莫來石纖維等)在高溫使用過程中，其隔熱效果已經(jīng)越來越難以滿足實(shí)際應(yīng)用所更高要求。因此，尋求新的耐高溫、低導(dǎo)熱系數(shù)的隔熱材料已迫在眉睫。氣凝膠是最具潛力的一類隔熱材料，它是以納米量級膠體粒子相互構(gòu)成納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并在孔隙中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的一種高分散固態(tài)材料。由于0.015W/m·K)。當(dāng)前，氣凝膠的研究已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)，其中研SiO2Cr2O3其成Cr2O3氣凝膠隔熱復(fù)合材料，在飛行器和大面積熱防護(hù)應(yīng)用方面，SiO2Cr2O3氣凝膠隔熱復(fù)合材料的相關(guān)。二、本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展（一）1連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Continuousfiber 長纖維為增強(qiáng)材料，金屬、陶瓷等為基體材料而成。金屬基復(fù)合材料是以陶低熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)而被應(yīng)用于航天航空及汽車工業(yè)。陶瓷材料具有高、密碳化硅作為一種具有優(yōu)良特性的常用陶瓷材料,其高溫強(qiáng)度及抗熱震性能良好,密度低、硬度高、耐磨損、熱膨脹系數(shù)低及導(dǎo)熱性好。但是,斷裂韌性低在一2、氣凝膠隔熱材料的研究現(xiàn)在氣凝膠隔熱應(yīng)用方面研究較多的國家有、德國、法國、、韓國等。其中最著名的是NASA將氣凝膠應(yīng)用于如航天飛機(jī)隔熱瓦、航天飛機(jī)外的大型液氫儲箱、收集星際塵埃等方面的研究。NASA肯尼迪航天中心的J.E.Fesmire等對氣凝膠隔熱材料應(yīng)用于航天飛機(jī)外液氫儲箱進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)采生飛行過程中的結(jié)冰碎裂過程。NASAAmesSusanWhite等開發(fā)了陶瓷纖維/SiO2氣凝膠復(fù)合隔熱瓦，以原來航天飛機(jī)使用的陶瓷纖維半硬質(zhì)隔熱瓦為基礎(chǔ)，將氣凝膠先驅(qū)體溶液注入裝有陶瓷纖維板的模具，按照預(yù)定的復(fù)合尺寸澆入同濟(jì)大學(xué)是國內(nèi)最早開始?xì)饽z研究的，王玨等主要開展了以短纖維增強(qiáng)氣凝膠隔熱復(fù)合材料方面的研究工作，主要方法是將鈦白粉、短切玻璃纖維和無機(jī)粘合劑放入適量水中，超聲振蕩分散，加入乙醇、正硅酸乙酯和催化劑，注模凝膠，超臨界干燥。所制得的樣品常溫與80K下的熱導(dǎo)率為.0134/mK和0.038/m，其熱穩(wěn)定性和強(qiáng)度比單純氣凝膠都有所提高。另外，同濟(jì)大學(xué)還開展了氣凝膠的亞臨界干燥和常壓干燥工藝研究以及采用不同硅源(如硅溶膠多聚硅)氣凝膠的研究。3、氣凝膠隔熱材料的研究現(xiàn)SiO2氣凝膠及其隔熱復(fù)合材料是目前研究最多的超級隔熱材料。SiO2氣凝膠傳導(dǎo)，是目前公認(rèn)熱導(dǎo)率最低的固態(tài)材料(常溫為0.01～0.03W/mK)，作為一目前ASPEN公司的纖維增強(qiáng)SiO2氣凝膠復(fù)合材料處于世界的領(lǐng)先水平，其SiO2氣凝膠產(chǎn)品在常溫和500℃下熱導(dǎo)率分別為0.013～0.016W/mK0.033W/mK該公司的SiO2氣凝膠隔熱復(fù)合材料與傳統(tǒng)隔熱材料相比，具有更好的隔熱效果和耐溫性能，而且熱導(dǎo)率隨溫度上升較為緩慢。這使得SiO2氣凝膠在航空航天應(yīng)用領(lǐng)域具有舉足輕重的優(yōu)勢該公司的產(chǎn)品已應(yīng)用于軍事航天隔018W/mK，800℃熱導(dǎo)率約為0.042W/mK，實(shí)現(xiàn)了超強(qiáng)隔熱與良好力學(xué)性能的有機(jī)統(tǒng)一，目前材料已經(jīng)在熱電池保溫套等得到了應(yīng)用。雖然目前對SiO2氣凝膠隔熱復(fù)合材料進(jìn)行了廣泛的研究，但可以發(fā)現(xiàn)，仍然雜等方法可提高SiO2氣凝膠的使用溫度，但仍然難以滿足未來航天飛行器等對隔SiO2是今后研究的主要方向，特別是在新型航天飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)等高溫隔熱領(lǐng)域具有極為重要的實(shí)際意義。4、氣凝膠隔熱材料的研究現(xiàn)目前國內(nèi)外尚無纖維增強(qiáng)Cr2O3氣凝膠隔熱復(fù)合材料的相關(guān)（二）氣凝膠復(fù)合材料作為一種新型高效隔熱材料，在航天航事以及民用等領(lǐng)此外，氣凝膠隔熱復(fù)合材料在以下幾個(gè)方面還有待研究:①進(jìn)一步提高氣凝膠的使用溫度，如Al2O3ZrO2SiC氣凝膠等;②提高氣凝膠復(fù)合材料的高溫隔熱果;③采用超臨界干燥工藝氣凝膠復(fù)合材料，成本高，系數(shù)大，因此，三、課題在理論與實(shí)踐上的（一）無機(jī)陶瓷纖維與Cr2O3溶膠混合，經(jīng)超臨界干燥了Si02氣凝膠隔熱復(fù)合材料。Cr2O3氣凝膠纖細(xì)的骨架顆粒減少了固態(tài)熱傳導(dǎo)，納米級孔減少了氣體熱傳導(dǎo)和對流傳熱，同時(shí)無機(jī)陶瓷纖維減少了輻射傳熱。Cr2O3氣凝膠復(fù)合材料具（二）針對新型飛行器和大面積熱防護(hù)系統(tǒng)對高效隔熱材料更高要求，本課題擬通過溶膠-凝膠和超臨界干燥工藝，以陶瓷纖維作為增強(qiáng)相，出Cr2O3氣凝膠隔熱復(fù)合材料，對其工藝進(jìn)行初步優(yōu)化，探討工藝、微觀結(jié)構(gòu)與性能四、課題需要解決的關(guān)鍵理論問題和實(shí)際問（一）纖維增強(qiáng)Cr2O3氣凝膠復(fù)合材料的反應(yīng)機(jī)纖維增強(qiáng)Cr2O3氣凝膠復(fù)合材料的關(guān)鍵在于將Cr2O3氣凝膠與增強(qiáng)纖維Cr2O3Cr2O3氣凝膠在復(fù)合材料中的分散性，降低材料的力學(xué)性能，而且纖維間的接觸會產(chǎn)生熱橋效應(yīng)，增加纖維的固相熱傳導(dǎo)，降低材料的Cr2O3溶膠滲入提供了Cr2O3Cr2O3纖維間的空隙中，將纖維與纖維之間分散開，減少纖維之間的接觸。待混合體凝膠后，通過老化進(jìn)一步促進(jìn)濕凝膠網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的生長，提高凝膠與纖維之間的Cr2O3氣凝膠復(fù)合材料。（二）1 超臨界干超臨界流體指用于溶解物質(zhì)的超臨界狀態(tài)溶劑。超臨界流體干燥是氣凝膠干燥中研究最早最成工藝通常采用干燥溫度在臨界溫度以上1~3P超臨界流體的密度，最終對氣凝膠的表面積和孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。水的臨界溫度和臨界壓力都太高，對超臨界干燥不利。常用的溶劑是具有較低臨界溫度和臨界壓力的甲醇(MeOH)、乙醇(EtOH)、異丙醇(IPA)及CO2等2 研究最優(yōu)方JSM6360LV掃描電鏡觀察樣品的微觀形貌；用熱平板法測量材料在不同溫度下的熱導(dǎo)率。采用電子萬能試驗(yàn)機(jī)(WDW100，長春)測試材料的抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度。探討工藝、微觀結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，不斷地對制五、課題研究的基本方法、實(shí)驗(yàn)方案及技術(shù)路線的可行性（一）123456、工藝參數(shù)對Cr2O3氣凝膠性能的影響7、Cr2O38、整理、撰寫本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（二）六、開展研究應(yīng)具備的條件及已具備的條件，并估計(jì)在進(jìn) 工中可能遇到的與問題和解決措（一）12對氣凝膠隔熱材料及溶膠—凝膠技術(shù)有了一定的了解，SiO2氣凝膠隔熱復(fù)合材料的技術(shù)已發(fā)展成熟，可以作為參考。對里的儀器設(shè)備有了初步的接觸，（二）可能遇到的與問題和解決措1、與問課題需要做的實(shí)驗(yàn)比較耗時(shí)間，請較不方便2借閱或有關(guān)書籍進(jìn)行學(xué)習(xí)與老師進(jìn)行網(wǎng)上溝通和交流，提高交流效率與教員和師兄師姐協(xié)調(diào)好，盡量把時(shí)間花費(fèi)在實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)七 研究的進(jìn)展計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（）進(jìn)度安122015.11.2034撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成翻2016.05.08567八、課題所需器材、設(shè)123CD和DVD九、參考文[1]．氧化鉻納米顆粒的、形貌及結(jié)構(gòu)研究[D]．蘭州：蘭州大學(xué)E.GashA,M.TillotsonT,H.SatcherJr.J,etal.Newsol-gelsyntheticroutetotransitionandmain-groupmetaloxideaerogelsusinginorganicsaltprecursors.JournalofNon-CrystallineSolids,2001,285:22-28.L.Znaidi,C.Pommier.Synthesisofnanometricchromium(Ⅲ)oxidepowersinalcohol.Eur.J.SolidStateInorg.Chem,35,1998:405-M．K．Younes,A.Ghorbel.Catalyticnitroxidationoftolueneintobenzonitrileonchromia-aluminaaerogelcatalyst.AppliedCatalysisA:General,2000,197:269-277.KhaleelA,Al-marzouqi.Alkoxide-freesol-gelsynthesisofaerogeliron-chromiummixedoxideswithuniquetexturalproperties.MaterialsLetter,2010,68:385-387.R.AyersM,A.WhiteA,SongXY,etal.PreparationandcharacterizationofaerogelsderivedfromAl(OH)3andCrO3.JournalofNon-CrystallineSolids,2003,332:173-184.D.Rai,B.M.Sass,D.A.Moore.InorganicChe