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.784 北京科技大学学报 第30卷 的有效导热系数影响很小，可以断定，气凝胶密度 效导热系数明显增高，硬硅钙石型硅酸钙在整个光 不是影响复合体导热性能的关键因素，所以在复合 谱内都具有很强的光谱吸收特性，因此可以断定通 过程中不必特别关心气凝胶密度的大小. 过硬硅钙石型硅酸钙与二氧化硅气凝胶的复合，不 0.040 需采用特别工艺进行遮光处理即可大大降低复合材 0.035 一复合绝热材料计算值 料在高温下的导热系数 一…二氧化硅气凝胶计算值 1.0 0.030 T-300K.p,=120kg-m3 ￥ 一复合绝热材料计算值 0.8 …二氧化硅气凝胶计算值 E0.025 50n0 ￥0.6 p,=124.5kgm3 P:=110 kg-m3 p-233.9kgm3 0.015 000 100 140 180 220 0.2 p/《kg-m 06 3004005006007008009001000 图4气凝胶密度对硬硅钙石一气凝胶复合绝热材料有效导热系 T/K 数的影响 Fig.4 Effect of the density of aerogel on the effective thermal con- 图6复合绝热材料有效导热系数与二氧化硅气凝胶有效导热 ductivity of xonotlite aerogel composite insulation material 系数的对比 Fig.6 Comparison of the effective thermal conductivities of 图5给出的是温度对硬硅钙石型硅酸钙、碳遮 xonotlite aerogel composite insulation material with silica aerogel 光气凝胶及硬硅钙石一气凝胶复合绝热材料有效导 热系数的影响.可以看出，复合绝热材料的有效导 3结论 热系数在整个温度区间内都小于硬硅钙石型硅酸钙 的有效导热系数，这是因为复合体的密度几乎是两 (1)硬硅钙石型硅酸钙密度是影响复合体有效 种材料密度的和，根据式(7)，较大的密度可以明显 导热系数的关键因素，只有硬硅钙石型硅酸钙的密 降低材料的辐射导热系数，但复合体的有效导热系 度小于110kgm-3时才能得到导热系数小于无对 数要明显高于碳遮光气凝胶的有效导热系数，原因 流空气导热系数的复合绝热材料， 是碳具有非常高的红外辐射吸收能力 (2)气凝胶密度对复合绝热材料的有效导热系 0.25 数影响不大， ◆复合绝热材料计算值 0.20 e碳进光气凝胶计算值 (③)随着压力的降低，复合绝热材料的有效导 口硬硅钙石型硅酸钙计算值 热系数显著降低，当压力小于10Pa时，基本趋于 ￥0.15 p,=125kgm3 p2=110kgm3 常数 P=234kg-m- oo (4)通过硬硅钙石型硅酸钙与气凝胶的复合， 不需采用特别工艺进行遮光处理即可大大降低复合 0.05上g 材料在高温下的导热系数、 3004005006007008009001000 参考文献 T/K [1]Lu X.Ardunini-Schuster M C.Kuhn J.et al.Thermal condue- 图5温度对硬硅钙石一气凝胶复合绝热材料有效导热系数的 tivity of monolithic organic aerogels.Science.1992.225:971 影响 [2]Schmidt M.Schwertfeger F.Applications for silica aerogel prod- Fig-5 Effect of temperature on the effective thermal conductivity of ucts-J Non Cryst Solids.1998.225 (1):364 xonotlite-aerogel composite insulation material 3]Cheng$X.Experiment Preparation of a Super Insulator Calei- um Silicate Composite with Nanometer Pore [Dissertation].Uni- 图6是硬硅钙石一气凝胶复合绝热材料的有效 versity of Science and Technology Beijing.Beijing.2005 导热系数与二氧化硅气凝胶有效导热系数的对比， (陈淑祥.硅酸钙复合纳米孔超级绝热材料的制备研究[学位 论文]北京：北京科技大学，2005) 可以看出，在高温下辐射传热是二氧化硅气凝胶的 [4]Yang HL.Ni W.Sun C C,et al.Development of xonotlite silica 主要传热方式，由于二氧化硅气凝胶在3~8m波 aerogel nanoporous super insulation sheets.Aerosp Mater Tech- 长内具有明显的透光性，因此随着温度的升高，其有 mol,2006(2):18的有效导热系数影响很小．可以断定气凝胶密度 不是影响复合体导热性能的关键因素所以在复合 过程中不必特别关心气凝胶密度的大小． 图4 气凝胶密度对硬硅钙石－气凝胶复合绝热材料有效导热系 数的影响 Fig．4 Effect of the density of aerogel on the effective thermal conductivity of xonotlite-aerogel composite insulation material 图5给出的是温度对硬硅钙石型硅酸钙、碳遮 光气凝胶及硬硅钙石－气凝胶复合绝热材料有效导 热系数的影响．可以看出复合绝热材料的有效导 热系数在整个温度区间内都小于硬硅钙石型硅酸钙 的有效导热系数．这是因为复合体的密度几乎是两 种材料密度的和根据式（7）较大的密度可以明显 降低材料的辐射导热系数．但复合体的有效导热系 数要明显高于碳遮光气凝胶的有效导热系数原因 是碳具有非常高的红外辐射吸收能力． 图5 温度对硬硅钙石－气凝胶复合绝热材料有效导热系数的 影响 Fig．5 Effect of temperature on the effective thermal conductivity of xonotlite-aerogel composite insulation material 图6是硬硅钙石－气凝胶复合绝热材料的有效 导热系数与二氧化硅气凝胶有效导热系数的对比． 可以看出在高温下辐射传热是二氧化硅气凝胶的 主要传热方式．由于二氧化硅气凝胶在3～8μm波 长内具有明显的透光性因此随着温度的升高其有 效导热系数明显增高．硬硅钙石型硅酸钙在整个光 谱内都具有很强的光谱吸收特性因此可以断定通 过硬硅钙石型硅酸钙与二氧化硅气凝胶的复合不 需采用特别工艺进行遮光处理即可大大降低复合材 料在高温下的导热系数． 图6 复合绝热材料有效导热系数与二氧化硅气凝胶有效导热 系数的对比 Fig．6 Comparison of the effective thermal conductivities of xonotlite-aerogel composite insulation material with silica aerogel 3 结论 （1） 硬硅钙石型硅酸钙密度是影响复合体有效 导热系数的关键因素只有硬硅钙石型硅酸钙的密 度小于110kg·m －3时才能得到导热系数小于无对 流空气导热系数的复合绝热材料． （2） 气凝胶密度对复合绝热材料的有效导热系 数影响不大． （3） 随着压力的降低复合绝热材料的有效导 热系数显著降低当压力小于104 Pa 时基本趋于 常数． （4） 通过硬硅钙石型硅酸钙与气凝胶的复合 不需采用特别工艺进行遮光处理即可大大降低复合 材料在高温下的导热系数． 参 考 文 献 ［1］ Lu XArdunin-i Schuster M CKuhn Jet al．Thermal conductivity of monolithic organic aerogels．Science1992225：971 ［2］ Schmidt MSchwertfeger F．Applications for silica aerogel products．J Non Cryst Solids1998225（1）：364 ［3］ Cheng S X．Experiment Preparation of a Super Insulator Calcium Silicate Composite with Nanometer Pore ［Dissertation］．University of Science and Technology BeijingBeijing2005 （陈淑祥．硅酸钙复合纳米孔超级绝热材料的制备研究 ［学位 论文］．北京：北京科技大学2005） ［4］ Yang H LNi WSun C Cet al．Development of xonotlite-silica aerogel nanoporous super insulation sheets．Aerosp Mater Technol2006（2）：18 ·784· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷