[發明專利]一種氣體滲透特性參數測試裝置及使用其測量微納米多孔材料氣體滲透特性參數的方法

有效

• 申請號: 201410293277.8
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104034647A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 夏新林;李東輝;艾青;周優均
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種高溫氣體滲透特性參數測試裝置及使用其測量多孔材料高溫氣體滲透特性參數的方法。

背景技術

微納米多孔材料在能源、化工、航天等許多技術領域有廣泛應用，例如隔熱保溫、高速飛行器熱防護等。高超聲速飛行器表面覆蓋微納米多孔隔熱材料以保護飛行器結構及艙內溫度在合適范圍內。在機動飛行時，微納米多孔隔熱材料表面將存在氣體壓力差。由于隔熱材料通常具有高孔隙率特點，在兩側氣體壓力差作用下氣體將會產生滲透，進而影響微納米多孔材料內傳熱特性及隔熱材料的隔熱性能。微納米多孔材料滲透特性參數是傳熱分析、熱防護材料隔熱設計、隔熱性能分析計算的重要基礎數據。

通過測量從常溫到高溫條件下微納米多孔材料滲透特性參數，可以獲得微納米多孔材料在兩側存在壓力差的情況下氣體在微納米多孔材料內的滲透特性，對預測微納米多孔材料在兩側存在氣壓差時高溫傳熱特性及微納米多孔隔熱材料的隔熱性能具有重要意義。

高性能微納米多孔材料孔隙尺寸非常小、固體構架尺寸也非常小，導致滲透性能很差，實驗測量中滲透流量很小；此外，高溫狀態下氣體滲透特性參數測量存在很大困難。雖然提高微納米多孔材料樣品兩側氣體壓差可以部分解決滲透流量小的問題，但是，該方法由于以下兩個因素而受到很大限制：一是提高壓力差雖然可以增大滲透流量，但是該條件與飛行器中隔熱材料所處狀態存在很大差別，測得的滲透特性參數結果在實際中應用將帶來很大的誤差；二是這類低滲透材料通常較脆，限制了目前常用的滲透特性實驗中施加于樣品兩側的氣體壓力差。隨著高溫領域高性能微納米多孔材料技術的發展，高性能微納米多孔材料滲透特性參數實驗研究變得越來越重要，特別是高溫滲透特性參數的試驗測量。如何測量從常溫到高溫不同溫度條件下高性能微納米多孔材料的滲透特性參數顯得至關重要。

發明內容

本發明的目的是要解決現有測量微納米多孔材料氣體滲透特性參數的方法存在因室溫下微納米多孔材料的滲透流量小和高溫下測量微納米多孔材料氣體滲透特性參數受到限制，測量困難和測量數據誤差大的問題，而提供一種氣體滲透特性參數測試裝置及使用其測量微納米多孔材料氣體滲透特性參數的方法。

一種氣體滲透特性參數測試裝置包括真空泵、第一閥門、第二閥門、氣源、第三閥門、加熱器、第一實驗缸體、第一壓力傳感器、蓋板、第一高溫密封墊圈、第二高溫密封墊圈、樣品平臺、第二壓力傳感器、第二實驗缸體、隔板和管筒；

所述的真空泵通過第一閥門與第二實驗缸體連通；真空泵通過第二閥門與第一實驗缸體連通；第一實驗缸體與第二實驗缸體設有隔板，隔板將第一實驗缸體與第二實驗缸體分隔，隔板中間設有第一圓形孔，第一圓形孔上方設置等直徑的管筒，管筒設置在第一實驗缸體的內部；管筒上方焊接樣品平臺，樣品平臺中間設有第二圓形孔，第二圓形孔的軸線與第一圓形孔的軸線為同一軸線；

樣品平臺上方設有第二高溫密封墊圈，第二高溫密封墊圈中間設有第三圓形孔，且第三圓形孔與第二圓形孔等徑同軸；微納米多孔材料樣品放置在第二高溫密封墊圈上，微納米多孔材料樣品上方設置第一高溫密封墊圈，第一高溫密封墊圈中間設有第四圓形孔，且第四圓形孔與第三圓形孔等徑同軸；第一高溫密封墊圈上方設有蓋板，蓋板中間設有第五圓形孔，且第五圓形孔與第四圓形孔等徑同軸；

所述的第一高溫密封墊圈、第二高溫密封墊圈和微納米多孔材料樣品的尺寸相同；樣品平臺與蓋板的尺寸相同；

所述的氣源通過第三閥門與加熱器相連通，加熱器設置在第一實驗缸體內部；第一壓力傳感器與第一實驗缸體相連接；第二壓力傳感器與第二實驗缸體相連接。

使用一種氣體滲透特性參數測試裝置測量高溫下微納米多孔材料氣體滲透特性參數的方法，具體是按以下步驟完成的：

一、關閉第三閥門，開啟第一閥門和第二閥門；使用真空泵將第一實驗缸體和第二實驗缸體抽真空，再關閉第一閥門和第二閥門；開啟加熱器，氣源提供的氣體經過第三閥門進入到加熱器，氣體經加熱器加熱后達到所需溫度，形成高溫氣體進入第一實驗缸體，第一實驗缸體內的高溫氣體依次經第五圓形孔、第四圓形孔、微納米多孔材料樣品、第三圓形孔、第二圓形孔、管筒和第一圓形孔向第二實驗缸體中滲透，第一壓力傳感器記錄第一實驗缸體內氣體壓力隨時間t的變化規律p₁(t)，第二壓力傳感器記錄第二實驗缸體內氣體壓力隨時間t的變化規律p₂(t)；

二、第二實驗缸體中氣體的質量m₂隨時間t的變化規律m₂(t)可用下式表示：