一种高孔隙轻质防热材料炭化微观分析.pdf

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1、一种高孑L隙轻质防热材料炭化微观分析张宗强匡松连李翔华小玲尚龙(航天材料及工艺研究所，先进功能复合材料技术重点实验室，北京100076)文摘对一种密度为1．0g／cm。的高孔隙结构轻质树脂基防热材料进行了炭化前后SEM扫描电镜观察，分析了其微观变化。结果表明，该材料炭化后仍保持较好闭孔结构，均匀分布的闭孔结构具有使材料保持低热导率特性、阻止微裂纹扩展及缓解热变形等作用。关键词轻质，防热材料，微观分析中图分类号：TB3DOI：10．3969／j．issn．1007—2330．2014．O1．024MicroAnalysi

2、sofAHighPorosityLightweightCompositesofThermalProtectionZHANGZongqiangKUANGSonglianLIXiangHUAXiaolingSHANGLong(ScienceandTechnologyonAdvancedFunctionalCompositesLaboratory，AerospaceResearchInstituteofMaterials＆ProcessingTechnology，Beijing100076)AbstractThispaper

3、analyzedthecarbonizedmicrostructureofahighporositylightweightresincompositewithadensityof1．0g／cm．Theresultsshowthatthebubblesofthelightweightresincompositesareclosedaftercarbon—ized，andthelightweightpackingcanretainthelowthermalconductivityandmicrocracks’sizeofc

4、omposites．KeywordsLightweight，Compositesofthermalprotection，Microanalysis0引言层、热解层的微观变化不同于普通树脂基防热材料，通过发泡或添加低密度填料等方法使材料内部通过对不同温度炭化后材料微观形貌的观察，有助于形成高孔隙结构，是降低材料密度、改善隔热性能的分析其炭化、热解后性能变化，进而为改善材料性能有效途径。研究表明，由于气相热导率远低于固相热提供理论依据。导率，若材料组分、结构设计合理，高孑L隙结构材料随1实验气相比例的增大，可以降低整体材料

5、的热导率J。1．1原材料其中，高孔隙结构的蜂窝增强树脂基防热材料因其密硅基纤维织物，自制；酚醛树脂，河北省高碑店市度低、隔热性能好等优点，已广泛用作返回式卫星、载铜山化工厂；轻质低热导填料，自制；溶剂，工业酒精，人飞船等再人航天器的外表面防热，如美国“阿波市售。罗”飞船所用的Avcoat-39、我国“神舟”飞船所用的1．2试样制备H88和H96等J。近年来，航天材料及工艺研究(1)硅基纤维织物与酚醛树脂、轻质低热导填料所研究开发了一系列连续纤维增强缠绕型高孔隙轻制成预浸胶布，按要求尺寸裁剪，铺放在模具中，按设质防热材料

6、，材料密度为0．8～1．4g／cm。本文以其定的程序升温固化。脱模后按相应标准加工成性能中一种密度为1．0g／em的典型材料(牌号为PQ10)试样。为研究对象，对其炭化过程中的微观形貌进行了(2)加工好的试样用石墨工装夹好后，放人炭化SEM分析，研究材料中的孔隙在此过程中的演变规炉，按设定程序进行不同温度的炭化处理，炭化温度律，以期能够对新材料研制、防热结构设计提供理论分别为400、500、600、700和800oC。参考。1．3性能测试树脂基防热材料烧蚀时可形成炭化层、热解层和对炭化前后试样分别进行了SEM扫描电镜原

7、始层。由于高孔隙结构的存在，轻质防热材料炭化(ZEISS)观察。收稿日期：2013—10—30作者简介：张宗强，1977年出生，硕士，主要从事树脂基防热复合材料的研究。E—mail：zhangz—qiang@163．con宇航材料工艺http：／／www．yhclgy．com2014年第1期7(b)中，树脂基体内部裂纹宽度较700oC炭化后试样(3)至800oC时，树脂基本炭化完全，高孔隙防热未发生明显改变，约13m，说明到800℃时树脂已接材料内部微裂纹尺寸变化趋于稳定。近完全炭化。再继续提高温度，在一定温度范围内不

8、(4)800oC时，微孔外壁材料熔融消失，但树脂内至于引起材料性能发生突变。图7(C)中，微孔结构仍保持闭孔结构，有利于保持材料的低热导特性。较受热前发生明显改变，经800oC高温炭化后微孔外参考文献壁材料熔融消失，但树脂内原来微孔填充的位置仍保[1]陈敏恒，等．化工原理(上)[M]．北京：94学工业出版持圆形闭孔外形，因此，不会