SiO2基纤维隔热瓦热导率及压缩性能研究

摘要

陶瓷纤维隔热瓦是用于金属热防护系统的一种重要的隔热材料，其具有低热导率、可重复使用等优点。
　　本文对陶瓷纤维隔热材料热量传递过程建立相应的数值计算模型，发现低温时，气体导热是材料传热过程的主要影响因素；高温时，辐射传热逐渐成为传热过程中的重要影响因素。与实际试验结果相比，热导率数值计算结果变化趋势相同；密度、压强是热导率的重要影响因素，实际应用过程中应重点关注。密度为300kg/m3时材料的隔热性能最优。
　　对制备的陶瓷纤维隔热材料进行SEM组织观察，发现陶瓷纤维隔热材料内部纤维在水平方向上随机分布，垂直方向上逐层堆积；密度的增加将导致纤维数量增加，纤维间隙尺寸减小，纤维结点数增加，相邻层片的间距减小。
　　对不同烧结程度的试样进行压缩试验和组织分析，发现纤维结点的烧结程度和数量直接影响材料的力学性能；材料的应力应变曲线包含线弹性阶段、屈服平台阶段和致密化阶段三部分；过烧对材料的实际应用危害最大。
　　利用GeoDict软件建立材料的纤维分布3D模型，并利用模型计算孔隙率尺寸分布和相应的热学、力学性能。发现纤维孔隙尺寸大致呈正态分布；模型密度越大，孔隙率尺寸越小，尺寸分布越均匀；模型密度的增加将导致杨氏模量、泊松比增大。计算得到的模型力学性能与实际结果有一定差距，但变化趋势相同，模拟参数仍需进一步优化。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 热防护系统

1.2 陶瓷纤维隔热瓦

1.3 陶瓷纤维隔热材料传热研究

1.4 陶瓷纤维隔热材料热学性能研究现状

1.4 陶瓷纤维隔热材料力学性能研究现状

1.5 研究内容及意义

第2章 原材料与测试方法

2.1 原材料

2.2 表征及测试方法

第3 章 SiO2基陶瓷隔热瓦热导率数值计算分析

3.1 气体导热热导率分析

3.2 固体导热热导率分析

3.3 气/固耦合热导率分析

3.4 辐射传热热导率分析

3.5 总热导率分析

3.6 实验结果与计算结果的对比分析

3.6 本章小结

第4章 SiO2基陶瓷隔热瓦组织性能评价

4.1 微观组织结构分析

4.2压缩性能影响分析

4.3 烧结工艺对压缩性能影响分析

4.4 物相变化规律分析

4.5 本章小结

第5章 基于Geodict的SiO2基陶瓷瓦性能计算

5.1 纤维空间分布理想模型

5.2 孔隙率分布研究

5.3 弹性模量计算

5.4 热导率计算

5.5 本章小结

总结

参考文献

附录1 孔隙尺寸计算结果

附录2 各向异性条件下刚度计算结果

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