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目前國外高性能隔熱纖維材料多采用SiO2纖維、高鋁質纖維和Saffil纖維(96%Al2O3和4%SiO2)作為熱防護系統中的柔性隔熱材料。由于SiO2纖維彈性模量小、耐高溫(短時間內能承受1480℃的高溫),熱膨脹系數低,能承受劇烈的溫度變化及同時產生的熱沖擊,應用更為廣泛。SiO2纖維主要包括石英纖維和二氧化硅纖維棉。
石英纖維是以高純二氧化硅石英晶體為原料,經過高溫熔融后拉制而成,石英纖維的軟化溫度為1700℃,一般的石英纖維可以在600-1050℃的高溫下長期使用,當溫度高于1600℃時,石英纖維開始升華,這是一種吸熱反應來消耗熱能,利用這種性能,石英纖維可以用作宇航飛船和洲際導彈返回大氣層的燒蝕材料。
石英纖維用作超高速飛行器天線罩用透波材料
超高速飛行器Ma>5,天線罩受到的熱震更為嚴酷,融石英等均質陶瓷材料的強度已經不能瞞住使用要求,為了提高陶瓷透波材料韌性,提高其在高馬赫數天線罩上的使用可靠性,纖維增強陶瓷基復合材料成為研究熱點。根據增強纖維的種類不同,可分為石英增強陶瓷基復合材料、氧化鋁基纖維增強陶瓷基復合材料及氮化物纖維增強陶瓷基復合材料。
石英纖維增強陶瓷基復合材料
SiO2f/SiO2復合材料以石英纖維為增強體,無定形氧化硅為基體,成分單一,既保持了石英陶瓷優異的介電性能及抗熱震性能,有顯著提高了材料的強度、韌性及使用的可靠性。美國Philco-Ford公司和General Eleetrice公司樣子的SiO2/SiO2復合材料介電常數為2.88,損耗角正切為6.12X10-3,已應用于“三叉戟”潛地導彈。國內研制的SiO2f/SiO2復合材料室溫彎曲強度高達160Mpa,介電常數在3.20-3.25損耗角正切值低于0.003。受石英纖維耐溫性的閑置,石英纖維增強氮化物基復合材料的使用溫度與SiO2f/SiO2復合材料相當。