多晶莫來(lái)石纖維是一種以莫來(lái)石(3Al?O?·2SiO?)為主晶相的高性能陶瓷纖維,具有耐高溫(長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)1400–1600℃)、低導(dǎo)熱、抗熱震性好、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)異特性。這些性能使其在對(duì)材料要求嚴(yán)苛的航空航天領(lǐng)域中展現(xiàn)出獨(dú)特價(jià)值。以下是航天航空領(lǐng)域的幾項(xiàng)關(guān)鍵應(yīng)用:
1.高溫?zé)岱雷o(hù)系統(tǒng)(TPS)
在航天器再入大氣層或高超音速飛行過(guò)程中,表面會(huì)因氣動(dòng)加熱產(chǎn)生高達(dá)1500℃以上的高溫。因其優(yōu)異的隔熱性能和高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,被用于制造輕質(zhì)、柔性或剛性的熱防護(hù)層,作為隔熱氈、隔熱毯或復(fù)合隔熱板的核心材料,覆蓋在飛行器關(guān)鍵部位(如機(jī)翼前緣、鼻錐、發(fā)動(dòng)機(jī)艙),而且有效阻隔外部高溫向內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳遞,保護(hù)鋁合金、鈦合金等承力結(jié)構(gòu)不被燒蝕或軟化。
2.航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件隔熱
現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、渦輪段等區(qū)域工作溫度已接近甚至超過(guò)傳統(tǒng)金屬材料的極限。多晶莫來(lái)石纖維可用于制備發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室襯里、火焰筒隔熱層、尾噴管內(nèi)襯等部件的隔熱模塊;與陶瓷基復(fù)合材料(CMC)結(jié)合,形成多層隔熱結(jié)構(gòu),降低冷卻空氣需求,提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和推重比。
3.火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與噴管絕熱
在液體或固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中,噴管和燃燒室需承受瞬時(shí)高熱流??芍瞥扇嵝越^熱套、燒蝕-隔熱復(fù)合層,用于噴管擴(kuò)張段或殼體外壁。在不顯著增加重量的前提下,提供可靠的熱屏障,防止殼體過(guò)熱失效。
4.高溫傳感器與線纜保護(hù)
航空航天器中大量使用高溫環(huán)境下的傳感器、點(diǎn)火裝置和信號(hào)線纜。其可編織成高溫絕緣套管或保護(hù)編織層,耐受發(fā)動(dòng)機(jī)附近高溫輻射與火焰沖擊,而且具有良好的電絕緣性和抗電磁干擾能力,保障信號(hào)傳輸穩(wěn)定。
5.空間飛行器艙內(nèi)防火與隔熱
在載人航天器或衛(wèi)星中,多晶莫來(lái)石纖維還可用于艙壁隔熱層、設(shè)備防火隔板、電池組熱隔離模塊,滿足NASA、ESA等機(jī)構(gòu)對(duì)低煙、無(wú)毒、不燃材料的嚴(yán)格要求,提升飛行器安全性。
相比傳統(tǒng)隔熱材料(如石棉、玻璃纖維、普通硅酸鋁纖維),其在航空航天應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢(shì),分別是更高使用溫度(>1500℃),更低熱導(dǎo)率,實(shí)現(xiàn)輕量化隔熱;無(wú)有害揮發(fā)物,符合航天環(huán)保與安全標(biāo)準(zhǔn);良好的柔韌性與可加工性,便于制成復(fù)雜形狀的隔熱構(gòu)件。
綜合上述,隨著高超音速飛行器、可重復(fù)使用運(yùn)載火箭、新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)等技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)輕質(zhì)、高效、可靠的高溫隔熱材料需求日益迫切。多晶莫來(lái)石纖維憑借其綜合性能優(yōu)勢(shì),已成為航空航天熱防護(hù)體系中的關(guān)鍵材料之一,未來(lái)在深空探測(cè)、空天往返飛行器等前沿領(lǐng)域也將發(fā)揮更大作用。