[發明專利]一種硅鋁氣凝膠復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200910210998.7
• 申請日: 2009-11-13
• 公開（公告）號: CN101698592A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發明（設計）人: 艾素芬;詹萬初;張繼承;鄒軍鋒;張昊;趙英民
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C04B30/02
• 分類號: C04B30/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于材料技術領域，涉及氣凝膠復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著飛行器的飛行速度越來越快，表面溫度越來越高，常規的硅酸 鋁或莫來石纖維的隔熱效果和力學性能在高溫段已經不能滿足航天航空 飛行器的熱防護要求，新型的納米氣凝膠隔熱復合材料的使用已經成為 高效隔熱的主導方向。

氣凝膠是目前最理想的輕質隔熱材料，是由納米膠體粒子或高聚物 分子構成的輕質、非晶和多孔性固體材料，具有極低的密度、高比表面 積和高孔隙率。氣凝膠的孔徑(＜50nm)小于空氣分子的平均自由程(約70 nm)，在氣凝膠孔內沒有空氣對流，因而具有極低的氣態熱傳導；同時由 于氣凝膠具有極高的孔隙率，固體所占體積比很低，因此固態熱傳導也 很低，使得氣凝膠具有極低的熱導率，被認為是目前所發現的隔熱性能 最好的固體材料。

目前研究和應用比較廣泛的是氧化硅體系的氣凝膠復合材料，但是 由于氧化硅氣凝膠對波段在2μm至8μm范圍內的紅外線不具有遮擋能 力。在高溫狀態下，這一波段的熱輻射能量將幾乎全部通過氣凝膠。同 時在高溫下，SiO₂氣凝膠納米孔容易坍塌，氣凝膠結構趨于致密化，導致 SiO₂氣凝膠長期使用時溫度不能高于650℃。因此，可抗紅外輻射的耐高 溫的氣凝膠隔熱復合材料的獲得將對高速飛行器發展具有重大意義。

在眾多的氣凝膠中，Al₂O₃氣凝膠不僅熱導率低、而且高溫(例如在長 期使用的情況下高于1050℃的溫度)穩定性好，是制備耐高溫隔熱材料的 理想材料。但氧化鋁氣凝膠存在高溫下發生晶形轉變而導致結構坍塌， 具有高溫下容易收縮的缺點。本發明將采用通過增加第二相硅來實現可 控相的轉變，使轉變相穩定下來，保持高溫下氧化鋁氣凝膠結構的穩定， 從而通過硅鋁復合氣凝膠來提高氧化鋁氣凝膠的耐溫性。另外，單純氣 凝膠結構存在強度低、脆性大等力學性能差的缺點，難以直接應用于隔 熱領域。因此，本發明將采用無機纖維材料來增強氣凝膠的強度，以改 善氣凝膠的力學性能，從而制備出耐高溫的纖維增強型硅鋁氣凝膠復合 材料。

發明內容

為了克服現有技術存在的一個或多個甚至是全部上述問題，尤其是 單一的純氧化鋁氣凝膠由于高溫下晶形轉變導致的高溫結構不穩定因而 影響其高溫隔熱性能的問題，本發明提供了如下技術方案：

1.一種硅鋁氣凝膠復合材料，其中，所述硅鋁氣凝膠復合材料包含 (1)硅鋁復合氣凝膠；和(2)無機纖維材料。

2.根據技術方案1所述的硅鋁氣凝膠復合材料，其中，所述硅鋁復合 氣凝膠中的SiO₂的比例以所述硅鋁復合氣凝膠的摩爾計為0.01％～100％。

3.根據技術方案1或2所述的硅鋁氣凝膠復合材料，其中，所述無機 纖維材料為選自由石英纖維、高硅氧纖維、硅酸鋁纖維、玻璃纖維、氧 化鋁纖維、氧化鋯纖維、氮化硼纖維、玄武巖纖維和莫來石纖維組成的 組中的一種或者兩種以上的組合；優選的是，所述無機纖維材料的形式 為選自由纖維氈、纖維棉、纖維毯、纖維板、纖維折疊塊、纖維預制件 和預制件復合體組成的組中的一種或兩種以上的組合。

4.如技術方案1至3任一項所述的硅鋁氣凝膠復合材料，其中，所述 無機纖維材料的體積密度為0.01g/cm³～0.90g/cm³，單根纖維直徑為0.1 μm～10μm。

5.一種制備硅鋁氣凝膠復合材料的方法，其特征在于，該方法包括 如下步驟：

(1)硅溶膠的制備：將硅醇鹽、硅溶膠用溶劑、硅溶膠用催化劑和水 配制成硅溶膠；

(2)鋁溶膠的制備：將鋁鹽、螯合劑、鋁溶膠用溶劑和鋁溶膠用催化 劑和水配制成鋁溶膠；

(3)硅鋁復合溶膠的制備：將所述硅溶膠和所述鋁溶膠混合均勻，制 得硅鋁復合溶膠，優選的是，按照使所述硅鋁復合氣凝膠中的SiO₂以所述 硅鋁復合氣凝膠的摩爾計為0.01％～100％的比例混合所述硅溶膠和所述 鋁溶膠；

(4)浸膠：通過浸滲工藝使所述硅鋁復合溶膠浸入無機纖維材料中， 得到硅鋁復合溶膠與無機纖維材料的混合物；