随着我国经济的快速发展，对矿产资源的需求量与日俱增，地球浅部的矿产资源逐渐枯竭，资源开发不断走向地球深部（谢和平等，2015；蔡美峰等，2019，2021）。随着矿产资源开采深度的增加，开采过程中遇到的各种问题逐渐暴露出来，且深部开采引发的地质灾害特征与浅部存在明显差异。深部矿石的围岩赋存环境对深部工程的灾害类型有重大影响，高地温、高地应力和高岩溶水压的“三高”特性对深部开采活动具有显著影响（何满潮等，2005；李夕兵等，2021），其中高温和高应力带来的影响较为突出。目前，金属矿石开采部分区域地温可达到66 ℃（李夕兵等，2017；黄麟淇等，2021），对于油气资源的开采区域，地温可达到350~400 ℃（马建雄等，2019）。高地温不仅会改变围岩的力学性质，也会损伤井下机械设备，影响矿井工作人员的身心健康。因此，深部高地应力—高地温耦合环境影响下岩体破坏与致灾机理已成为深部开采的热点问题（Wan et al.，2013），模拟深部高地应力—高地温耦合下的原位环境，研发高温高压真三轴试验机，开展相关科学试验是突破这一问题的关键。

为满足深部高地应力—高地温耦合环境试验条件，国内外学者致力于高温高压三轴试验系统研究，并研制出典型的高应力高温加载岩石常规三轴和真三轴设备（Lombos et al.，2013；何浩宇等，2015；张希巍等，2017）。在常规三轴试验机领域，目前以MTS 815试验机为代表，其高温加载能力多数达到200 ℃（牛学超等，2013）。部分特殊常规三轴试验系统，如：赵阳升等（2008）研发的20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机，能够将Φ200 mm的圆柱形试样加热至600 ℃。由于常规三轴试验机的围压加载压力室结构相对简易且体积较小，高温状态下的热保温和热隔离实施难度较小，易开展加温与控温。然而，为了在实验室模拟更真实的深部高应力和高温环境，再现岩体灾变破坏的现象，研制多场耦合真三轴试验系统成为国内外学者关注的热点（傅璇，2022）。例如：美国科罗拉多矿业学院研发了用于多孔干热岩储层水力压裂的真三轴仪器，能够实现180 ℃的大尺寸岩石温压耦合状态（Frash et al.，2014）；刘造保等（2021）设计并研制了岩石高温高压的柔性真三轴仪器，能够实现250 ℃的温度加载和2 000 kN的最大主应力；马啸等（2019）自主研制实时高温真三轴试验系统，对50 mm×50 mm×100 mm 试件在高应力状态下可将岩样表面温度加热至460 ℃。近年来，随着深部地热资源开发研究的持续推进，真三轴试验系统需要兼容更大尺寸试样和更高温度的加载能力。然而，试验过程中当温度加载至200 ℃后，真三轴试验系统的稳定性会受到考验，压力室中的刚性加载杆长期处于高温环境中，其导出的热量容易造成整个试验系统温度升高，进而造成一些精密的传感器无法正常工作，且长时间的高温环境也会降低设备的寿命，增加设备的维修成本（傅璇等，2022）。

基于上述研究，为了更好地实现深部高地应力和高地温耦合环境的模拟，同时保障设备的稳定和耐久性，需要研发能够在高温环境中有效隔绝热量且适用于岩石真三轴实验设备的材料，该材料不仅需要良好的隔热性能，也要兼备高机械强度、抗疲劳能力和热稳定性能。基于此，本文制备了3种兼具隔热性能与高耐压性能的隔热材料，开展了高温加载、循环热冲击和循环应力加卸载试验，对试验后的隔热材料试样进行热—力学性能测试和评价，以期为岩石真三轴高温试验机中隔热材料的选取提供可行性参考。

目前，隔热材料所涉及的应用领域十分广泛，不同的工作场景所需要的隔热材料特性有所差异。隔热材料的种类和结构多种多样（宋杰光等，2010；Cuce et al.，2014；Villasmi et al.，2019；Gu et al.，2022），传统隔热材料具有良好的隔热性能和耐热性能。如：矿棉、挤塑聚苯乙烯（XPS）、耐高温隔热保温涂料、发泡聚苯乙烯（EPS）、聚氨酯、纤维素（再生纸或是木纤维块）和真空隔热板等具有低密度、低导热系数和易加工的优点。其中，真空隔热板的导热系数可达到0.2~0.4 W/mK，但其中心的芯材主要由泡沫和颗粒组成，会大大降低材料的物理强度。在仪器设备领域中所应用的隔热材料往往需要较高的抗压强度，因此传统的隔热材料并不适配于高温真三轴试验机设备。

在仪器设备领域中，美国科罗拉多矿业学院的Frash et al.（2014）研发的用于多孔干热岩储层水力压裂的真三轴仪器采用的隔热材料为耐火砖绝缘材料，在温度加载时使用其封闭加热组件；赵阳升等（2008）研制的20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机使用盐环（叶腊石环）与炉体内壁之间铺设厚度0.5 mm的金云母板进行隔热；重庆大学任松等（2011）研发的高温三轴试验机采用的保温隔热材料为硅橡胶加热带。本文中所提及的岩石高温真三轴试验机采用的加热方式为环状加热结构，该结构下端连接仪器的液压作动器，自下而上分别设置有载荷传感器、水冷盘冷却装置、隔热材料薄板、高温加载机构（外部为环状加热体、内部为传热传力合金钢）和传力传热板等结构。隔热材料主要用于减少三轴加热系统向试验机的反力结构和周围空气环境传递热量，具体应用场景如图1所示。因此，所选的隔热材料应兼具高机械强度和低导热系数，以及在高温条件循环加载下保持良好的耐久性和稳定性。

在多种材料初筛基础上，制备了3种具备较强隔热性能和力学性能的隔热材料，开展了高温条件、循环热冲击和循环加卸载试验，进而分析隔热材料加载损伤后的导热性能和物理性能，以期为岩石真三轴高温试验机隔热材料选取提供参考。经过初期对机械设备领域隔热材料种类的筛选和试验，选取原料制备了3种符合要求的隔热材料，具体材料与制备过程如下：

（1）高聚热能酰胺脂复合隔热材料。高聚热能酰胺脂类材料具有无毒、质轻、优良的机械强度和高耐热性等特点，因此被广泛应用于机械、化工等工业制造中，作为轴承和齿轮等需要高机械强度的零件。本文利用复合型材料层压技术（在加热、加压条件下将多层相同或不同材料结合为整体的成型加工方法），将耐高温复合高聚热能酰胺脂和多种耐火隔热材料复合层压处理，隔热板材在机械加工过程中采用干加工方式，加工后静止冷却，形成高聚热能酰胺脂隔热材料，后续记为GX。

（2）玻璃纤维耐高温树脂复合绝缘隔热材料。纤维型隔热材料主要由固体基质和气孔组成，且固体基质和气孔为连续相，一般对于固相、气相和液相的传热能够起到良好阻隔作用。本文所采用的玻璃纤维耐高温树脂复合绝缘隔热材料是利用高温高压工艺技术加工而成。首先，将树脂胶液放入烘烤箱，去除树脂溶剂等挥发物，同时使树脂处于半固化状态；然后，当黏结片的储存和各项技术指标检测后整齐叠放，进行高温压制工艺，使树脂熔化、流动，并根据其熔化情况加入玻璃纤维进行加压，加压完成后得到耐高温隔热板，后续记为BX。

（3）耐高温绝缘防火云母隔热材料。云母是一种含铝硅酸盐矿物，因其具有层状结构、高耐热性、隔热性和化学稳定性等特点而被广泛应用于隔热领域，其导热系数仅为空气的几倍，且热膨胀系数极小。将质量良好、无裂纹和无污染的云母片进行切割、研磨和涂胶等加工处理，使其具有一定的厚度和黏结性能，将加工后的云母片按照一定的顺序和厚度叠放在一起，通过机械设备压制和加工形成坚固的高温绝缘防火隔热云母板，后续记为YM。

测试前，将隔热材料BX、GX和YM制备成截面为50 mm×50 mm的方形板材，如图2和图3所示。在实际应用中，隔热材料会被加工成薄板，在隔热性能达标的情况下，薄板能否在长期加载过程中表现出良好的抗压特性是必须考虑的因素，其层状结构特征也是影响材料力学性能的关键要素。当材料薄层叠加较多时，材料越厚，整体隔热性能越好。然而，由于2种复合材料多层堆叠，在加压过程中容易产生应力的不均匀化，且过厚的隔热材料也会压缩真三轴设备适配试件的尺寸范围。因此，本研究将隔热材料设置为3种厚度，分别为5 mm、8 mm和10 mm，并在后续测试中综合评价其热力性能。

在岩石真三轴多场耦合试验机设备中，作为隔热保护的重要环节，隔热材料的隔热性能和力学性能将影响仪器设备高温环境下的结构耐久性和稳定性（江叶伟等，2020；高瞻等，2021）。分析隔热材料的各项基础性能，是选择隔热材料的重要依据。在实际真三轴高温加载试验中，隔热材料长期处于高应力—高温耦合环境，隔热材料不仅会受到高温环境的影响，而且会经历加热装置反复的升温—降温，以及加载过程中应力多次加卸载的影响。

因此，为了测试所选隔热材料是否适用于岩石真三轴压力试验机实际工作中的工况，基于岩石在高温加载中常见的温度，本研究设计了3种试验方案，如表1所示。

（1）隔热材料高温环境下的热力学稳定性。目前深部矿产资源和油气能源的最大开采深度已达到7 500 m，按照地温梯度计算，深部开采环境温度将达到225~375 ℃（李夕兵等，2017），大尺寸高温真三轴试验机能达到的极限加载温度为600 ℃。因此，为满足隔热材料在仪器中的应用工况和研究需求，将隔热材料分别加热至25，200，400，600 ℃，恒温保持2 h后冷却，测试其经历不同温度冲击后的导热系数和弹性模量等参量变化。

（2）隔热材料循环热损伤下的热力学稳定性。在干热岩地热能领域中，循环热损伤现象较为常见，多次的热冲击会导致岩体内部出现裂隙，且目前地热岩的开采温度一般大于200 ℃，我国青藏高原的干热岩开采温度超过400 ℃。对应此工况将循环热损伤试验中循环温度设置为400 ℃，分别循环15次、30次和45次后测试其导热系数、抗压强度和弹性模量等参量变化。

（3）隔热材料循环应力加载下的热力学稳定性。循环加卸载试验中所对应的工况为岩石力学试验中的疲劳或多次加卸载测试。对3种隔热板进行循环加卸载试验，分别进行2次、25次和50次循环，由于本次选择的真三轴试验机的最大应力为6 500 kN，对应的传力机构所受应力约为60 MPa，所以设定隔热材料的抗压强度大于60 MPa，并将循环加卸载试验中的压应力峰值设置为60 MPa，在循环加卸载结束后测试隔热材料的导热系数和物理性能的变化情况。

将3种试验方案对应的隔热材料试样标记为A、B、C，对3组试样的试验过程如下：

（1）隔热材料试验工况预处理

对A组隔热材料试样进行高温预处理，将试样放入高温炉（图4）中，以相同的升温速率（20 ℃/min）分别加热至200，400，600 ℃，并进行恒温处理2 h后取出放入室内冷却区，冷却至室温。对B组隔热材料进行循环热冲击工况预处理，将试样分批次放入高温炉中，加热至400 ℃，恒温处理2 h后放入室内冷却区中，自然冷却至室温记为一个循环，分别循环15次、30次和45次，试验过程中保证升温速率和降温速率恒定。对C组隔热材料试样进行疲劳预处理，循环载荷的大小设置为60 MPa，通过上海华龙WHY-200微机控制压力试验机对试样进行150 kN载荷的循环加卸载试验（图5），当载荷达到150 kN时，卸荷至1 kN为一组循环，分别循环2次、25次和50次，为保证试验变量，试验中保持加卸载速率一致，为0.05 mm/min。

（2）热力稳定性参数测试

①隔热材料导热系数测量。导热系数的测定依据《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》（中国国家标准化管理委员会，2008）。导热系数的测定方法众多（董恒瑞等，2019），本试验采用的导热系数测定仪为西安夏溪电子科技有限公司生产的TC3000E便携式通用型导热测试仪，如图6所示，测试原理为瞬态热线法测试，测量范围为0.001~50 W/（m·K），分辨率可达0.0005 W/（m·K）。通过TC3000E便携式通用型导热系数测试仪［测量范围为0.001~50 W/（m·K）］对各试验工况预处理后的隔热材料试样进行导热系数测试，每组试样测试10组数据并取平均值作为测试结果。

②隔热材料物理力学性能测试。在研究材料的物理力学特征时，弹性模量作为衡量材料抵抗弹性变形难易程度的一种尺度。本试验使用长春晖阳科研仪器有限公司的岩石常规三轴压力机，对预处理后的A、B组隔热材料试样进行单轴压缩试验，加载速率为0.05 mm/min，加载过程中利用轴向引伸计获取加载过程的实时应变数据，进而获取材料弹性模量，试验系统如图7所示。

③试样微观结构及破坏模式分析。扫描电子显微镜（SEM）是观察无机材料形貌和结构的重要工具之一，在材料科学等众多领域中得到了广泛应用（杨志远等，2015）。将经过不同高温环境和不同次数循环热冲击后的A、B组试样，裁剪成2~3 mm的小块，对试样进行抽真空和喷金镀膜处理，再将试样放在电镜（TESCAN MIRA4）下进行截面微观结构观察，如图8所示，分析隔热材料的破坏模式和内部结构。

对3种隔热材料板进行不同温度的高温处理后，将隔热材料板材放入导热仪器中进行导热系数测试，导热系数随温度的变化趋势如图9所示。

由图9可知，随着温度的不断升高，在400 ℃以前厚度为8 mm的隔热材料试样的导热系数变化不大，厚度为5 mm的隔热材料试样（除GX材料外）的导热系数呈先降低后升高的变化趋势，厚度为10 mm的隔热材料试样的导热系数整体呈先升高后降低的变化趋势；当温度达到600 ℃时，各厚度隔热材料的导热系数均出现明显降低。

GX材料的导热系数表现出先升高后降低的变化趋势，在600 ℃之前的变化幅度不大，约为1.5%，当温度加热至600 ℃时，GX材料的导热系数大幅降低，从0.5625 W/（m·K）下降至0.4169 W/（m·K），下降幅度为20％。YM材料经高温处理后，不同厚度YM材料的导热系数随温度的变化规律有所差别，当厚度为10 mm时，导热系数的变化规律与GX材料相似，在400℃加热之前导热系数呈上升趋势，增量约为4％，当温度加热至600 ℃时，导热系数下降25%；厚度为5 mm和8 mm的YM材料导热系数变化趋势相同，均呈先降低后升高的趋势，变化幅度较大，在13%~20%之间。在3种隔热材料中，BX材料经不同温度加热处理后，其导热系数最高，厚度为5 mm的BX材料的导热系数变化趋势与YM材料相同，厚度为8 mm和10 mm的BX材料的导热系数变化规律与厚度为10 mm的GX、YM材料相同。当加热温度为400 ℃时，导热系数增加，当温度高于400 ℃时，导热系数下降，其中厚度为8 mm的BX材料经600 ℃加热冷却后，试样表面出现大面积膨胀，导热系数大幅下降。

隔热材料的导热系数受到高温环境的显著影响（王芳，2019），在加热过程中，随着温度逐渐升高，材料内部的分子运动加快，内能变大，内部物质由于发生氧化反应而产生相应变化，材料导热系数升高。当温度达到600 ℃或以上时，由于上述3种隔热材料均为复合层压式结构，在加热过程中材料出现热膨胀效应，其内部各结构膨胀导致体积增大，材料微裂隙不断扩展从而产生更多新的裂缝，BX材料甚至出现外部膨胀断裂现象，材料单位体积内的孔洞增加，更多的空气进入材料内部，使得热量在传递时传热路径变长，且由于空气具有较低的导热系数［0.026 W/（m·K）］，使得隔热材料的导热系数随之降低。

经过对比可知，高温绝缘防火隔热云母片材料（YM）的隔热性能最佳，在经过高温加热冷却后，YM材料的热稳定性能较好，导热系数最大变化幅度为18.39%。玻璃纤维耐高温树脂复合型绝缘隔热板（BX）的隔热性能最差，导热系数平均值为0.61 W/（m·K），相比另外2种隔热材料，其隔热性能较差，且在温度达到600 ℃再冷却至室温的过程中，BX材料由于受到热冲击，材料具有明显的变形，受到热膨胀效应发生破坏断裂，使其导热性能发生急剧变化。

在高温环境预处理后，3种隔热材料单轴加载应力—应变曲线如图10所示，表2所示为隔热材料的弹性模量数值变化。

由图10可知，由于隔热材料层压成型过程中材料内部保留部分孔隙特征，在单轴载荷加载的初始阶段，材料呈现出较大的压密阶段，随后进入弹性变形阶段。同时，隔热材料单轴压缩应力—应变曲线的压密阶段和弹性阶段会受到高温预处理的影响，随着预处理温度增加其压密阶段延长，弹性阶段的斜率有所降低，当预处理温度达到600 ℃时，压密阶段的延长尤为明显。具体表现为：当BX材料的加热温度小于600 ℃时，其应力—应变曲线的变化并不明显，当温度达到600 ℃时，材料内部结构发生大幅膨胀，导致材料在加载过程中应变骤增，说明BX材料在受到高温环境影响后冷却，容易发生较大的膨胀变形，抗热膨胀性能较差；GX材料在不同温度下的加载过程中，除了600 ℃条件以外，其余高温条件下GX试样的抗压强度（242.66，285.21，304.32 MPa）均未达到320 MPa，其破坏形式如图11所示，材料表现出以拉伸破坏为主的拉伸剪切复合型破坏。当温度升高时，GX材料中的聚酰胺脂分子经历物理和化学变化，可能包括分子链的重排、晶体结构优化以及分子间作用力加强，从而提高了材料的抗压强度（丁泽等，2021）；相比之下，YM隔热材料板材在受到外部高温环境影响后，其物理性能较为稳定。

由表2可知，材料在外部环境为25~400 ℃时，其弹性模量变化并不明显，当温度超过600 ℃时，隔热材料板的弹性模量突增，BX和GX材料的外部均发生明显的膨胀变形，弹性模量的变化率分别达到44.73%和30.69%，而YM材料的变化率仍稳定在16.47%。

综合上述3种材料在不同高温环境下的导热性能和物理性能测试结果可知，虽然GX材料的导热系数较低且具有较高的弹性模量，材料刚性较好，但其抗压强度表现较差，除在600 ℃高温条件下之外，GX材料在压缩试验过程中均发生破坏。YM材料的导热性能在不同高温环境下表现优秀，受到外部高温环境影响后，其物理性能较为稳定。

（1）循环热冲击下隔热材料导热性能变化

材料在快速升温后进行冷却会受到热冲击的影响，其影响程度取决于相应隔热材料的热稳定性（材料承受温度急剧变化后抵抗变形的能力），一般无机材料的热稳定性与抗拉张度成正比，而与弹性模量、热膨胀系数成反比。本次测试的3种材料均为复合无机材料，内部结构为层压结构，容易发生的热冲击损伤有2种类型：一是材料发生损伤断裂；二是在循环热冲击作用下，材料表面开裂剥落，并不断发展直至碎裂或质变。对应用于机械设备中的隔热材料，测试其热稳定性能是必要的。隔热材料在不同热冲击次数影响下的导热系数变化趋势如图12所示。

由图12可知，循环热冲击容易影响材料的热稳性，尤其是当材料压合层数多且厚度较大时，隔热材料随着循环冷却次数的增加，导热系数均表现出先增大后逐渐降低的变化趋势。以厚度为10 mm的3种隔热材料为例，其中BX材料的导热系数在热冲击循环下变化幅度最大，在前30次加热冷却循环时数值没有明显变化，在45次加热冷却循环后导热系数开始大幅下降，导热系数下降了47.99%；GX材料在15次循环中导热系数小幅上升，在30次循环加热冷却后导热系数开始下降，从0.5737下降至0.3958，随着热冲击次数的增加，导热系数继续降低至0.323 W/（m·K），下降了35%；相较于GX和BX隔热材料，YM材料的导热系数变化幅度较小，数值浮动稳定，在前15次循环加热冷却后，其导热系数上升了21.1%，随着热冲击次数的增加，导热系数小幅下降，整体导热系数变化平稳。

隔热材料的导热系数随循环热冲击呈现先增大后降低的变化趋势，其受控于材料本身的特性，这可能是由于在低次数的循环加热冷却过程中，随着加热温度达到400 ℃，空气中的CO₂侵入材料内部，与隔热材料的化学成分发生一定的化学反应，使材料内部的分子运动速率升高，热传导速度提升，导热系数升高（孙立新等，2017）。随着后续加热冷却次数的增加，材料经历反复的冷热冲击，温度变化不均导致结构膨胀，老旧裂隙扩展并产生少量新裂隙，材料内部孔隙变多、传热路径变长，造成的导热性能损伤大于高温对于高热性能的影响，材料的导热系数随之降低。

（2）循环热冲击下隔热材料物理力学性能变化

对受到不同循环热冲击后的隔热材料进行单轴压缩试验，并测试其弹性模量。3种隔热材料在循环热冲击影响下的应力—应变曲线如图13所示。

通过分析3种材料在不同循环冷却次数下的应力—应变曲线，发现随着循环加热冷却次数的增加，材料内部结构不断受到高温加热和空气冷却的冲击，隔热材料的抗变形能力逐渐降低。15次循环与30次循环中材料应变量变化较小，在45次循环加热冷却后，YM、BX和GX材料的应变总量相比常温下分别增加了68.6%、69.1%和49.8%，其中，GX材料在循环加热冷却后强度得到了提升，其余2种材料的强度变化较小。3种无机隔热材料内部受到热冲击的影响，经高温加热后材料内部结构发生膨胀，微裂隙和孔洞扩展，在后续冷却过程中因收缩产生了部分新裂隙，材料侧面出现裂纹。隔热材料的应力—应变曲线发生显著变化，表明多次的热冲击使材料内部结构发生破裂，影响隔热材料的宏观力学性能，此时外部载荷的加载对材料的形状结构造成巨大影响，进而影响隔热材料的使用。循环加热冷却后3种隔热材料的物理性能变化如表3所示。

根据表3中3种隔热材料板在400 ℃循环加热冷却后的弹性模量变化，可以发现随着循环次数的不断增加，YM、BX和GX材料的弹性模量均呈逐渐下降的趋势。其中，GX和YM材料的弹性模量变化较稳定，其在不同循环加热冷却次数下的变化幅值分别为11.7%和15%。相比之下，BX材料的弹性模量在前15次循环加热冷却的作用下变化幅度不大，平均为7%，但是在循环次数达到45次后，弹性模量变化明显，降幅达到30.88%，表明BX材料在多次热冲击影响下的热稳定性能较差，无法应用于需要多次循环升温的试验条件。造成上述数据变化的原因主要是在多次热冲击中，材料反复经历升温冷却阶段，导致其内部复合结构产生破坏，复合界面结合强度降低，内部产生缝隙，空气进入裂隙内，延长了热量传递途径，使隔热材料导热系数降低，同时降低了隔热材料的物理性能。其中，GX材料的抗压强度随循环次数的增加而增大，在多次冷热循环过程中，材料会经历膨胀和收缩，这个反复的过程可能导致材料内部某些区域产生微观裂纹的愈合或形成新的强化机制（Pan et al.，2022）。

为满足高地应力—高地温耦合环境试验条件，隔热板材需要放置于真三轴核心传力结构中间，用于阻隔前端压力室热量向后端加载机构和传感器传递，这就要求隔热材料能够在仪器长时间应力循环加卸载下维持热稳定性。3种材料循环加卸载应力—应变曲线如图14和图15所示；循环加卸载结束后使用导热系数测量仪测试不同循环加卸载次数影响后材料的隔热性能，测量结果如图16所示。

经过进一步数据分析，在初次加压后3种材料的导热系数均明显升高，随着循环加卸载次数的增加，导热系数逐渐下降。其中，YM材料的变化幅度最显著，在初次加压后导热系数由0.4173 W/（m·K）升高至0.5485 W/（m·K），上升了31.7%，当循环加卸载次数达到50次时，材料内部的疲劳损伤加剧，开始产生新裂隙，导热系数随之降低，由0.5923 W/（m·K）降低至0.5425 W/（m·K），降低幅度为8%；BX材料的导热系数在初次加压后由0.56 W/（m·K）增加至0.6223 W/（m·K），变化趋势与YM材料相似，经过50次加压后导热系数出现下降，下降幅度为4.5%；GX材料在初次加压后导热系数上升了13.4%，在后续的加压过程中，导热系数呈线性下降趋势，这可能与GX材料本身物理性能较弱有关。总体来说，多次循环加卸载后，YM材料的隔热性能在3种材料中维持较低水平。

在循环加卸载条件下，隔热材料的导热系数性能表现出先升高后降低的变化趋势，其原因归结为材料内部的层压结构。隔热材料在被加载前，其内部结构处于初始疏松状态，经过初次加压后，内部原本疏松结构变得致密，导热系数骤增。当循环加卸载达到临界次数后，材料内部结构受到多次加载产生疲劳损伤效应，内部复合结构破坏生成新的裂隙，这些裂隙在卸压过程中继续扩展延伸，导致传热路径延长，导热系数降低。

将上述3种材料制成大小为2~3 mm的小块，抽真空和喷金镀膜后，使用扫描电镜对材料进行分析。图17和图18所示为3种隔热材料在进行高温处理和循环加热冷却前后的扫描电镜图像。

由图17和图18可知，在600 ℃高温处理后，3种隔热材料内部具有较多的孔隙和裂纹。其中，GX材料的孔隙尺寸大于BX和YM材料，且GX材料的内部各层之间的孔隙致密性较差，这可能是GX材料在力学试验测试中抗压强度较弱的原因。其中，BX材料经高温处理后内部结构的破坏较为严重，内部层压结构出现明显裂纹，这一特征与BX材料经600 ℃高温处理后发生大幅膨胀现象相对应。相较上述2种隔热材料，YM材料对高温环境和循环热冲击的耐受性较好，在放大2万倍后［图18（c）］，材料内部结构仍完整，且内部也保持一定的孔隙，具有良好的隔热性能，材料本身物理性能也相对良好。GX材料和BX材料在高温处理和循环热冲击后，隔热材料的内部孔隙结构发生破坏，层压结构甚至出现断裂，导致在测量过程中二者的导热系数和弹性模量数值出现较大的浮动，而YM隔热材料板内部稳定的层压结构和耐热性能，使其拥有良好的热稳定性能和物理抗压性能。结合扫描电镜，对隔热材料的微观结构进行分析，结果表明YM材料在经历高温和循环热冲击影响后，材料内部的结构性能最稳定，适合作为岩石力学试验机中的隔热材料板材。

针对深部高地应力—高地温耦合环境要求的岩石真三轴多场耦合试验机加载过程中的应用场景，开展了3种隔热板材的性能测试试验，在高温环境、循环热冲击和循环加卸载的影响下，测试隔热材料的导热系数、抗压强度和弹性模量等性能参数，进而分析其变化规律。试验结果表明：

（1）3种材料在高温环境加热后冷却至常温，随着温度的升高，导热系数先升高后降低；在高温处理后的物理性能测试中，3种隔热材料随着温度的升高，内部出现热损伤，导致应变量增加，非弹性阶段延长，弹性模量出现一定程度的降低。综合来看，在高温环境下，YM材料具有良好的隔热性能和耐热性，该材料经高温作用后整体结构变得疏松，物理性能有所降低，但经力学性能试验发现其仍可满足三轴岩石试验机要求。

（2）3种材料在400 ℃循环加热冷却过程中，受到多次升温快速冷却的热冲击后，其物理性能和隔热性能均受到影响。对于物理性能来说，随着热冲击次数的增加，隔热材料因为多次的冷热交替而逐渐膨胀，内部裂隙扩展延伸，试样表面出现新裂纹，材料总应变增大，非弹性阶段延长，弹性模量随之降低，循环热冲击造成的材料损伤大于高温环境下的损伤；对于隔热性能来说，BX材料和GX材料在多次热冲击影响下，导热系数呈现出下降的趋势，YM材料则表现出先升高后降低的变化趋势，相较另外2种材料数值波动较小。

（3）在循环加卸载试验过程中，3种隔热板材在初次循环加卸载后，材料孔隙被压缩，导热系数呈现上升趋势，随着循环加卸载次数的增加，在加载过程中扩展出新裂隙，导热系数随之降低。循环加卸载对隔热材料的性能影响较小，且YM材料在循环加卸载后其隔热性能更优异。

（4）通过扫描电镜分析3种隔热材料板的内部微观结构发现，BX材料和YM材料内部孔隙较为致密，而GX材料内部结构的孔隙尺寸大，致使其抗压强度较差；BX材料在高温处理冷却后，内部结构膨胀产生较宽的新生裂纹，内部骨架发生断裂，在宏观上发生一定的膨胀，整体热—力稳定性较差；YM材料的微观结构较为完整，固体颗粒孔隙较小，高温处理后也无明显的裂纹生成，层压结构完整稳定，在3种材料中其综合性能最优。