空间高速粒子捕获用密度梯度气凝胶的热学与力学特性

采用正硅酸四乙酯(TEOS)的乙醇-水溶液为前驱体,氢氟酸为催化剂,结合溶胶-凝胶过程与CO2超临界流体干燥工艺,一步反应获得了密度为40-175mg·cm-3的单元气凝胶.以上述工艺为基础,通过逐层凝胶法、溶胶共凝法和梯度溶胶共凝胶法分别制备了三种密度梯度气凝胶样品,并研究了其功能梯度特性.结果表明:不同密度的气凝胶均具有粒径约为40-90nm球形颗粒构成的三维骨架结构,密度越低,骨架越疏松,峰值孔径越大,孔径分布也更为分散;三种方法制备的样品均具有明显的密度梯度,梯度特性由不连续到连续.动态热机械性能测试表明,随着密度的降低,气凝胶在低温(-100℃)和常温(25℃)下杨氏模量均有减小的趋势,其范围分别约为4.6×105-1.9×105Pa和5.0×105-2.1×105Pa.热学测试表明,随着密度的降低,气凝胶的热扩散系数增高,单位体积热容降低,而热导率则不成单调变化.     

碳气凝胶薄片的制备及表面密度致密层去除工艺

 研究了不同密度和厚度的碳气凝胶薄片的制备及其表面致密层去除工艺。在以间苯二酚、甲醛为原料制备有机及碳气凝胶块体材料的基础上,结合自制活动式微模具成型工艺,制备了厚度在80~350 μm,密度在50~600 mg·cm^-3范围内变化的碳气凝胶薄片。采用场发射扫描电镜、X射线相衬成像和表面轮廓仪-台阶仪等手段对其表面和内部微观结构进行了表征。测试结果表明,碳气凝胶薄片与块体的内部结构相同,但薄片表面存在一层和内部结构截然不同的致密层。采用不同粗糙程度的材料对薄片进行了表面微处理,成功去除该致密“皮”层。     

密度渐变多层碳气凝胶靶型的制备

 以间苯二酚-甲醛为原料,结合自制活动式微模具成型工艺制备不同厚度和密度的碳气凝胶薄片,采用密度为10 mg·cm^-3的SiO₂溶胶为“粘合剂”,获得单元薄片厚度在100～580 μm,密度在50～400 mg·cm^-3范围内变化的5层密度渐变碳气凝胶靶型。重点研究了该特殊靶型内部C/SiO₂气凝胶层间界面情况。采用场发射扫描电镜（FESEM）,X射线相衬成像仪等对靶型整体结构及碳气凝胶单元薄片表面和内部微观结构进行了表征。结果表明：胶粘层SiO₂气凝胶厚度约为15 μm,厚度一致,远小于碳气凝胶层厚度且与碳气凝胶薄片的胶粘程度较好,界面平整,靶结构均匀。