[發(fā)明專利]一種基于非水解溶膠凝膠技術(shù)的低密度塊狀氧化鋁復(fù)合氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010848267.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112044368B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔德隆;黃紅巖;劉曉波;李文靜;張凡;楊潔穎;張昊;趙英民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 航天特種材料及工藝技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): B01J13/00
• 分類號(hào): B01J13/00
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11200
• 代理人: 邱曉鋒

本發(fā)明涉及一種基于非水解溶膠凝膠技術(shù)的低密度塊狀氧化鋁復(fù)合氣凝膠及其制備方法。在無(wú)水環(huán)境中，將多組元氧化物反應(yīng)前軀體置于含有氧供體的反應(yīng)溶劑中，混合均勻后，高溫下進(jìn)行非水解溶膠凝膠反應(yīng)，獲得塊狀濕凝膠；經(jīng)老化、超臨界干燥，獲得低密度塊狀氧化鋁復(fù)合氣凝膠。本發(fā)明采用的非水解溶膠凝膠技術(shù)具有凝膠反應(yīng)聚合度高、異質(zhì)產(chǎn)率高等優(yōu)勢(shì)，在制備多組元摻雜的低密度塊狀氣凝膠具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于非水解溶膠凝膠技術(shù)的低密度氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，具體涉及一種多組元摻雜塊狀氧化鋁及復(fù)合氣凝膠的制備方法。

背景技術(shù)

氧化鋁氣凝膠具有耐高溫、輕質(zhì)、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點(diǎn)，已經(jīng)成為航空航天等領(lǐng)域關(guān)鍵材料。但是，低密度氧化鋁氣凝膠難成型，塊狀材料不易獲得，且單組元氧化鋁氣凝膠高溫易發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，其熱穩(wěn)定性難提高，應(yīng)用性受到限制。多組元摻雜的氧化鋁氣凝膠，可改善材料的力學(xué)強(qiáng)度、抑制氧化鋁高溫晶型轉(zhuǎn)變，有效克服氧化鋁氣凝膠難成形、熱穩(wěn)定性不足的問(wèn)題。現(xiàn)階段，多組元復(fù)合氧化物氣凝膠材料一般采用水解溶膠凝膠合成，不同金屬鹽的水解縮聚速率差異較大，產(chǎn)物中大部分為均質(zhì)氧化物，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多組元的有效摻雜，限制了復(fù)合氧化鋁氣凝膠性能提升。

非水解溶膠凝膠技術(shù)是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型溶膠凝膠技術(shù)，非水解溶膠凝膠反應(yīng)動(dòng)力學(xué)易于控制，可有效克服多元組分金屬的水解縮聚速率的差異性，且異質(zhì)聚合度高，有利于多組分有效摻雜。因此，非水解溶膠凝膠技術(shù)將成為制備多組元摻雜的氧化鋁氣凝膠的一種有效方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于非水解溶膠凝膠技術(shù)的低密度塊狀的氧化鋁基復(fù)合氣凝膠制備方法，是一種多組元摻雜的氧化鋁氣凝膠新的合成方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于非水解溶膠凝膠技術(shù)的低密度塊狀氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

1)在無(wú)水環(huán)境中，將氧化鋁前驅(qū)體、摻雜組元前驅(qū)體、氧供體分別加入反應(yīng)溶劑中，攪拌混合均勻，密封后加熱，進(jìn)行非水解溶膠凝膠異質(zhì)縮合反應(yīng)，獲得塊狀濕凝膠；

2)向含有濕凝膠的反應(yīng)釜中加入反應(yīng)溶劑，進(jìn)行密閉高溫老化處理，實(shí)現(xiàn)凝膠骨架增強(qiáng)；

3)采用反應(yīng)溶劑洗去密閉高溫老化處理后的濕凝膠表面的未反應(yīng)物，之后將其轉(zhuǎn)入超臨界干燥釜中干燥，最終得到多組元摻雜的復(fù)合氧化鋁氣凝膠。

進(jìn)一步地，步驟1)，即非水解溶膠凝膠異質(zhì)縮合反應(yīng)過(guò)程包括：依次將氧化鋁前驅(qū)體和摻雜組元前驅(qū)體加入反應(yīng)溶劑中，再引入化學(xué)計(jì)量的氧供體，攪拌均勻后，將混合溶液轉(zhuǎn)移至高溫反應(yīng)釜中，密封處理；再將反應(yīng)釜置于烘箱中，在一定反應(yīng)溫度條件下進(jìn)行異質(zhì)縮合反應(yīng)，高溫反應(yīng)一定時(shí)間后體系發(fā)生凝膠化，可得具有一定強(qiáng)度的濕凝膠。

進(jìn)一步地，步驟1)中，氧化鋁前驅(qū)體包括但不限于無(wú)水氯化鋁、溴化鋁等；摻雜組元前驅(qū)體為無(wú)水氯化鎂、氯化鐵、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、氯化硅和氯化鑭中的一種或兩種。

進(jìn)一步地，步驟1)中，氧化鋁前驅(qū)體與摻雜組元前驅(qū)體的摩爾比范圍為10:1～3:1，但不局限于此比例。

進(jìn)一步地，步驟1)中，氧供體可以是異丙醚、乙醚、乙醇、異丙醇等醚類或醇類有機(jī)溶劑。

進(jìn)一步地，步驟1)中，反應(yīng)溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷或四氯化碳。

進(jìn)一步地，步驟1)中，非水解溶膠凝膠異質(zhì)縮合反應(yīng)的固含量控制在3-5％，反應(yīng)溫度為110～150攝氏度，反應(yīng)時(shí)間為1～3天。

進(jìn)一步地，步驟2)，即濕凝膠老化過(guò)程包括：將非水解溶膠凝膠異質(zhì)縮合反應(yīng)得到的濕凝膠置于反應(yīng)釜中，加入適量的反應(yīng)溶劑，進(jìn)行高溫老化處理，以增強(qiáng)濕凝膠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，高溫處理2～5天完成凝膠老化。

進(jìn)一步地，步驟2)中，反應(yīng)溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等。