由于传统陶瓷纤维纸直径粗(ϕ>5μm)、脆性大、热导率高,在实际隔热领域应用中受到了一定的限制。目前,减小纤维直径,制备微纳陶瓷纤维,受到了研究者广泛关注,是当前微纳陶瓷隔热纤维研究的重点方向。微纳陶瓷隔热纤维也将成为空天飞行器、核能发电和化工冶金等领域热防护领域所需的关键高温隔热材料。
1.应用于航空航天领域
微纳陶瓷纤维气凝胶材料具有优异的耐高温、耐腐蚀及隔热性能,是航空航天飞行器热防护的主要材料之一。目前使用的气凝胶隔热材料主要为微纳陶瓷纤维增强的SiO2纳米颗粒气凝胶。同时为提高纳米颗粒与陶瓷纤维间材料的结构稳定性,研究者利用原创的三维纤维网络重构方法,构筑了超轻质、超弹性陶瓷纳米纤维气凝胶材料。莫来石纤维棉作为高温绝热材料,在航空航天和民用高端材料领域也都有较大的市场前景。
2.新能源动力电池热源隔断材料
新能源动力电池发生热失控时,电芯温度会迅速升高,可突破1000℃,造成电池组起火。SiO2复合微纳陶瓷纤维纸气凝胶材料应用于电池模块的模组间和壳体内,作为隔热材料,通过其本身低导热系数和隔热性良好的特性实现对电芯的防护。
3.增强增韧材料
目前连续SiC微纳陶瓷纤维增韧SiC陶瓷复合材料可以应用于航空领域的部位主要有发动机燃烧室内衬、燃烧室筒、喷口导流叶片、机翼前缘、涡轮叶片和涡轮罩环等。另外,目前对于SiC微纳陶瓷纤维用于核电领域,代替高温合金也有很大的预期。例如,由于SiC陶瓷具有很好的抗辐照及抗腐蚀能力,因此SiCf-SiC陶瓷复合材料有望代替原来的锆合金材料用于核燃料的包壳管,以提高核电站的安全性。
4.工业高温炉内衬
氧化铝短纤维具有耐高温性能,主要用作绝热耐火材料,在冶金炉、陶瓷烧结炉或其他高温炉中作护身衬里的隔热材料。由于氧化铝短纤维陶瓷纤维纸密度小、绝热性好、热容量小,不仅可以减轻炉体质量,而且可以提高控温精度,节能效果显著。
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