[發明專利]一種耐高溫氣凝膠及氣凝膠型多孔陶瓷的制備方法

在審

• 申請號: 201610092998.1
• 申請日: 2016-02-20
• 公開（公告）號: CN107098352A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 金承黎
• 申請（專利權）人: 金承黎
• 主分類號: C01B33/16
• 分類號: C01B33/16;C04B38/08;C04B35/14;C04B35/624;C04B35/622;C01G25/00;C04B35/49;C01G53/04;C04B35/01
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技術領域

本發明涉及一種氣凝膠和多孔陶瓷的制備方法，特別涉及一種耐高溫氣凝膠及氣凝膠型多孔陶瓷的制備方法。

背景技術

多孔陶瓷又被稱為微孔陶瓷、泡沫陶瓷，具有三維立體網絡骨架結構，于1978年首先在美國研制成功的。按孔徑大小多孔陶瓷可分為:微孔陶瓷(孔徑小于2nm)、介孔陶瓷(孔徑介于2~50nm)和大孔陶瓷(孔徑大于50nm)。多孔陶瓷首要特征是其多孔特性，制備的關鍵和難點是形成多孔結構。根據使用目的和對材料性能的要求不同，近年逐漸開發出許多不同的制備技術。其中應用比較成功，研究比較活躍的有：添加造孔劑工藝，顆粒堆積成型工藝，發泡工藝，有機泡沫浸漬工藝，溶膠凝膠工藝等傳統制備工藝及孔梯度制備方法、離子交換法等新制備工藝。

溶膠凝膠法主要用來制備微孔陶瓷材料，特別是微孔陶瓷薄膜。這種方法一般采用無機鹽或醇鹽作先驅體，先驅體水解得到溶膠，再在多孔載體上凝結成由MOM鍵構成的無機聚合物凝膠膜。溶膠凝膠工藝可以制備孔徑在納米級、氣孔分布均勻的多孔陶瓷薄膜，其最大的優越性在于可以方便地得到多種組成地復合膜，因此正成為無機分離膜制備領域工藝中最活躍地研究領域，引起了國內外眾多研究人員的重視。奚紅霞等采用異丙醇鋁為原料，用溶膠凝膠技術制備出穩定性好、無針孔、無缺陷的Al2O3中孔膜，最小孔徑可達8nm。樊栓獅等以正硅酸乙酯為原料用溶膠-凝膠技術制備出3nm孔徑的二氧化硅陶瓷膜。

為制備大孔陶瓷，專利CN2009100718459公布了一種陶瓷氣凝膠及通過凝膠注模成型制備陶瓷氣凝膠的方法，將羥甲基丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺、丙烯酸等有機單體和聚(乙烯基乙二醇)雙甲基丙烯酸等交聯劑溶于溶劑，再加入陶瓷粉體和分散劑，調節pH值，混勻后得到懸浮液，然后向懸浮液中加入引發劑后攪拌均勻，在澆注模具型腔中進行交聯固化，之后經過干燥、排膠、燒結制得陶瓷氣凝膠。所得陶瓷氣凝膠陶瓷氣凝膠氣孔率為50％～80％，孔徑為微米級，最可幾孔徑在3μm以下。但是該專利方法中含有較多機物質，其排除機理為受熱氧化或分解排除體外，形成孔洞，就會造成在熱處理過程中，大量的有機物分解放出熱量和氣體，沖擊骨架結構。

而孔徑在20~50nm的多孔陶瓷，鮮有報道。

氣凝膠以納米量級超微顆粒相互聚集構成納米多孔網絡結構，平均孔洞尺寸為20~50nm，密度可低達0.003g/cm3，氣孔隙率高達80～99.8％，比表面積可達1000m2/g，耐熱溫度可達1300~1800℃，室溫導熱系數可低達0.013w/(m·k)，是迄今為止最輕的固體和絕熱性能最好的材料。但是氣凝膠強度和韌性等力學性能一般較差，在外力作用下氣孔易坍塌破碎。在一定溫度下進行熱處理可以較好地改善氣凝膠的力學性能。但是熱處理溫度一般不超過500℃，如果熱處理溫度過高，納米級孔洞將會發生坍塌而導致氣凝膠完全致密化。因此造成氣凝膠的使用溫度不高，即使經過熱處理，它的使用溫度也很難超過1000℃。

為克服原有多孔陶瓷制備技術的不足，以及改善原有氣凝膠材料的耐高溫性能，特提出本發明方案。

發明內容

為克服傳統氣凝膠高溫下孔洞塌落，本發明提出了一種耐高溫氣凝膠的制備方法，制備過程包括以下步驟：

（1）向溶膠中添加耐高溫粉體或晶須，混合均勻制得前驅體；

（2）用酸或堿調節前驅體的PH值，直接形成凝膠，或浸潤纖維后形成凝膠；

（3）對凝膠進行老化；

（4）對凝膠進行溶劑置換或改性；

（5）對凝膠進行干燥，獲得氣凝膠。

在上述發明的基礎上，本發明進一步提出了一種氣凝膠型多孔陶瓷的制備方法，制備過程包括以下步驟：

（1）向溶膠中添加耐高溫粉體或晶須，混合均勻制得前驅體；

（2）用酸或堿調節前驅體的PH值，直接形成凝膠，或浸潤纖維后形成凝膠；

（3）對凝膠進行老化；

（4）對凝膠進行溶劑置換或改性；

（5）對凝膠進行干燥，獲得氣凝膠；

（6）對氣凝膠進行燒結，獲得氣凝膠型多孔陶瓷。