[發明專利]一種耐高溫、成型性好的硅鋁復合氣凝膠材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410510404.5
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104291781B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 沈軍;王文琴;祖國慶;鄒麗萍;連婭;張志華
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C04B30/00
• 分類號: C04B30/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于氣凝膠類材料制備技術領域，涉及一種耐高溫、成型性好的硅鋁復合氣凝膠材料的制備方法。

背景技術

氣凝膠是一種高孔隙率、高比表面積、低密度的納米多孔材料。其獨特的納米結構使得氣凝膠成為一種具有極低熱導率的超級隔熱材料。隨著航空航天業的發展，對高效保溫、輕質的隔熱材料需求越來越緊迫。例如，當今超音速飛行器（導彈、火箭、航天飛機等）的速度愈來愈快，當它們在大氣層中穿行時，與空氣的劇烈摩擦，外層抗燒蝕隔熱材料耐熱溫度需達到1200℃甚至更高。而作為研究最為成熟的氧化硅氣凝膠在溫度大于600℃時便開始燒結，遠未達到此類耐高溫材料的要求。因此，人們急需一種耐溫性能更高的氣凝膠材料。

研究發現，純氧化鋁氣凝膠具有更高的耐溫性能，然而耐熱溫度在1000℃左右。而硅鋁復合氣凝膠會進一步提高其耐溫性能，但目前其耐溫性能依然有待提高。1993年，Yasuyuki?Mizushima?等制備了硅鋁復合氣凝膠，1200℃處理后比表面積降為114.3m²/g，但收縮情況未提及。1995年，R.?Saliger?等人通過在氧化硅氣凝膠中摻雜氧化鋁粉末只獲得了耐溫1000℃的硅鋁復合氣凝膠。2001年?Tatsuro?Horiuchi等制備了硅鋁復合氣凝膠，1200℃處理后雖然比表面積可達150m²/g，但收縮情況依然未提及。之后，國內很多研究人員也對硅鋁復合氣凝膠進行了研究，但是制備耐高溫、收縮小且成型性好的氣凝膠的依然比較困難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種耐高溫、成型性較好的硅鋁復合氣凝膠材料的制備方法。

為實現上述目的，本發明通過加入部分水解的鋁醇鹽溶液對濕凝膠進行修飾，然后采用創新的高溫超流體修飾及干燥工藝制備出了具有高比表面積、耐高溫的硅鋁復合氣凝膠塊體。

本發明提出的一種耐高溫、成型性好的硅鋁復合氣凝膠材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）制備純氧化鋁溶膠

首先取一定量的鋁醇鹽放入去離子水、丙酮和醇溶劑組成的混合溶液中，將所得溶液通過加熱裝置升溫至60℃-80℃，恒溫攪拌待其澄清后得到溶膠，將溶膠冷卻至室溫，即得到純氧化鋁溶膠；其中：鋁醇鹽、醇溶劑、丙酮和去離子水的摩爾比為1：（0-40）：（0-20）：（0.1-0.9）；且醇溶劑和丙酮的加入量不能同時為0；

（2）制備硅鋁復合溶膠

在步驟(1)制備好的純氧化鋁溶膠中加入酸催化劑，再與硅前驅體混合，充分攪拌3-15分鐘后，加入苯胺、丙酮和去離子水，再攪拌5—30min，即得硅鋁復合溶膠；其中：鋁醇鹽、硅前驅體、酸催化劑、丙酮、苯胺和去離子水的摩爾比為1：（0.05-0.5）：（0.003-0.4）：（0-20）：（0.28-3）：（0-1.5）；且丙酮與去離子水的加入量不能同時為0；

（3）老化、替換和修飾處理

在步驟(2)得到的硅鋁復合凝膠上覆蓋少量乙醇老化1天，再用乙醇替換1—3次，每次24個小時；然后按比例制備部分水解的鋁醇鹽，取與硅鋁復合凝膠相對同體積的該溶膠替換1—4次，其中鋁醇鹽、乙醇和去離子水的摩爾比為1：（13-180）：（0-0.9）；

（4）高溫超流體修飾及干燥，得到所需產品。

本發明中，步驟(4)的處理方式與本申請人的申請號為201310276044.2的申請專利技術方案相似。即將步驟(3)得到的濕凝膠放入以乙醇為干燥介質的超臨界設備中，取某一比例下部分水解的鋁醇鹽和硅純鹽混合溶液放入高壓釜中，預充氮氣0.5—6MPa，再以1℃/min的速率將高壓釜溫度升至300℃，同時壓強升至16MPa。保持0—3小時后，以20—100KPa/min速率將酒精排出。最后高壓釜自然將至室溫，取出樣品。其中部分水解的鋁醇鹽和硅純鹽的摩爾比為（1—16）:1。

本發明中，所述的鋁鹽為仲丁醇鋁或異丙醇鋁中的任一種。

本發明中，所述的醇溶劑為乙醇、異丙醇或正丁醇中的任一種。

本發明中，所述的酸催化劑為鹽酸或硝酸中的任一種。

本發明中，所述的硅純鹽為正硅酸乙酯、三甲基甲氧基硅烷或三甲基乙氧基硅烷中的任一種。

本發明的有益效果在于：這種復合材料的制備，將進一步促進耐高溫氣凝膠材料在航空航天、軍事、民用等領域的廣泛應用。

附圖說明

圖1為實施例1硅鋁復合氣凝膠樣品常溫與1200℃高溫處理后的掃描電鏡圖；其中：(a)為常溫，(b)為1200℃；