纳米隔热材料是一种新型航天飞行器热防护材料.本文使用自行研制的高速飞行器热试验系统,对Al2O3纳米材料的高温隔热性能进行试验研究及数值计算,为高速航天器热防护系统的安全可靠性设计提供重要依据.研究结果表明,厚度仅为10 mm的Al2O3纳米材料板,当前表面温度为1 200℃时(1 800 s),前后表面的温度差高达880.9℃,后表面温度降低了73.4％,且隔热性能稳定.另外与某空天飞行器轻质陶瓷材料进行了隔热性能的对比试验,结果显示轻质陶瓷材料板的背壁温度要比Al2O3纳米材料板高56％.说明Al2O3纳米材料的高温隔热性能非常优异,在航天器和高超声速飞行器热防护中具有重要的应用价值.由扫描电镜(SEM)图像知,当温度超过1 200℃后,Al2O3纳米材料颗粒快速聚集生长,颗粒间的空洞尺寸显著增大,材料内部纤维出现熔融现象,裂纹数量增多、深度及宽度显著增大,影响材料表观导热率.另外,当温度高于1 200℃时,纳米材料板边界出现了较大的收缩变形和弯曲变形.基于试验结果可知,Al2O3纳米隔热材料应该在小于1 200℃的热环境中使用.
纳米材料 高温 隔热性能 航天飞行器 热防护材料