[发明专利]一种气体渗透特性参数测试装置及使用其测量微纳米多孔材料气体渗透特性参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温气体渗透特性参数测试装置及使用其测量多孔材料高温气体渗透特性参数的方法。

背景技术

微纳米多孔材料在能源、化工、航天等许多技术领域有广泛应用，例如隔热保温、高速飞行器热防护等。高超声速飞行器表面覆盖微纳米多孔隔热材料以保护飞行器结构及舱内温度在合适范围内。在机动飞行时，微纳米多孔隔热材料表面将存在气体压力差。由于隔热材料通常具有高孔隙率特点，在两侧气体压力差作用下气体将会产生渗透，进而影响微纳米多孔材料内传热特性及隔热材料的隔热性能。微纳米多孔材料渗透特性参数是传热分析、热防护材料隔热设计、隔热性能分析计算的重要基础数据。

通过测量从常温到高温条件下微纳米多孔材料渗透特性参数，可以获得微纳米多孔材料在两侧存在压力差的情况下气体在微纳米多孔材料内的渗透特性，对预测微纳米多孔材料在两侧存在气压差时高温传热特性及微纳米多孔隔热材料的隔热性能具有重要意义。

高性能微纳米多孔材料孔隙尺寸非常小、固体构架尺寸也非常小，导致渗透性能很差，实验测量中渗透流量很小；此外，高温状态下气体渗透特性参数测量存在很大困难。虽然提高微纳米多孔材料样品两侧气体压差可以部分解决渗透流量小的问题，但是，该方法由于以下两个因素而受到很大限制：一是提高压力差虽然可以增大渗透流量，但是该条件与飞行器中隔热材料所处状态存在很大差别，测得的渗透特性参数结果在实际中应用将带来很大的误差；二是这类低渗透材料通常较脆，限制了目前常用的渗透特性实验中施加于样品两侧的气体压力差。随着高温领域高性能微纳米多孔材料技术的发展，高性能微纳米多孔材料渗透特性参数实验研究变得越来越重要，特别是高温渗透特性参数的试验测量。如何测量从常温到高温不同温度条件下高性能微纳米多孔材料的渗透特性参数显得至关重要。

发明内容

本发明的目的是要解决现有测量微纳米多孔材料气体渗透特性参数的方法存在因室温下微纳米多孔材料的渗透流量小和高温下测量微纳米多孔材料气体渗透特性参数受到限制，测量困难和测量数据误差大的问题，而提供一种气体渗透特性参数测试装置及使用其测量微纳米多孔材料气体渗透特性参数的方法。

一种气体渗透特性参数测试装置包括真空泵、第一阀门、第二阀门、气源、第三阀门、加热器、第一实验缸体、第一压力传感器、盖板、第一高温密封垫圈、第二高温密封垫圈、样品平台、第二压力传感器、第二实验缸体、隔板和管筒；

所述的真空泵通过第一阀门与第二实验缸体连通；真空泵通过第二阀门与第一实验缸体连通；第一实验缸体与第二实验缸体设有隔板，隔板将第一实验缸体与第二实验缸体分隔，隔板中间设有第一圆形孔，第一圆形孔上方设置等直径的管筒，管筒设置在第一实验缸体的内部；管筒上方焊接样品平台，样品平台中间设有第二圆形孔，第二圆形孔的轴线与第一圆形孔的轴线为同一轴线；

样品平台上方设有第二高温密封垫圈，第二高温密封垫圈中间设有第三圆形孔，且第三圆形孔与第二圆形孔等径同轴；微纳米多孔材料样品放置在第二高温密封垫圈上，微纳米多孔材料样品上方设置第一高温密封垫圈，第一高温密封垫圈中间设有第四圆形孔，且第四圆形孔与第三圆形孔等径同轴；第一高温密封垫圈上方设有盖板，盖板中间设有第五圆形孔，且第五圆形孔与第四圆形孔等径同轴；

所述的第一高温密封垫圈、第二高温密封垫圈和微纳米多孔材料样品的尺寸相同；样品平台与盖板的尺寸相同；

所述的气源通过第三阀门与加热器相连通，加热器设置在第一实验缸体内部；第一压力传感器与第一实验缸体相连接；第二压力传感器与第二实验缸体相连接。

使用一种气体渗透特性参数测试装置测量高温下微纳米多孔材料气体渗透特性参数的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、关闭第三阀门，开启第一阀门和第二阀门；使用真空泵将第一实验缸体和第二实验缸体抽真空，再关闭第一阀门和第二阀门；开启加热器，气源提供的气体经过第三阀门进入到加热器，气体经加热器加热后达到所需温度，形成高温气体进入第一实验缸体，第一实验缸体内的高温气体依次经第五圆形孔、第四圆形孔、微纳米多孔材料样品、第三圆形孔、第二圆形孔、管筒和第一圆形孔向第二实验缸体中渗透，第一压力传感器记录第一实验缸体内气体压力随时间t的变化规律p₁(t)，第二压力传感器记录第二实验缸体内气体压力随时间t的变化规律p₂(t)；

二、第二实验缸体中气体的质量m₂随时间t的变化规律m₂(t)可用下式表示：