[發明專利]一種陶瓷纖維復合氣凝膠隔熱材料以及制備方法

在審

• 申請號: 202110131600.1
• 申請日: 2021-01-30
• 公開（公告）號: CN112778017A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 劉瑞祥;王開宇;張磊;隋學葉;周長靈;程之強;王重海
• 申請（專利權）人: 山東工業陶瓷研究設計院有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/14;C04B35/622;C04B35/624;C04B41/81
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 李亞東

一種陶瓷纖維復合氣凝膠隔熱材料包括陶瓷基體，所述陶瓷基體為至少三種陶瓷纖維混合分布并互相搭接交聯形成的三維網狀微孔結構，所述陶瓷基體中至少包括兩種隔溫溫域不相同的陶瓷纖維，且其上附著有硼源；所述陶瓷基體內填充有納米氣凝膠。種陶瓷纖維復合氣凝膠隔熱材料制備方法包：將至少三種陶瓷纖維與硅源、硼源、去離子水的混合得陶瓷纖維漿料，并脫水干燥后制得陶瓷基體；所述陶瓷基體與氣凝膠材料通過五步復合法得到陶瓷纖維復合氣凝膠隔熱材料。所述陶瓷纖維復合氣凝膠隔熱材料在實際使用時其隔熱溫域廣、且隔熱溫域分布均勻，整體隔熱效果好，耐溫效果好，使用壽命長；通過所述方法可以制備所述陶瓷纖維復合氣凝膠隔熱材料。

技術領域

本發明涉及一種陶瓷纖維復合氣凝膠材料技術領域，尤其是涉及一種提高陶瓷纖維復合氣凝膠材料使用壽命以及高溫條件下隔熱效果的制備方法。

背景技術

陶瓷纖維材料，具有高強度、耐高溫，且有較好的隔熱效果；氣凝膠材料是一種低密度納米材料，其孔壁和孔徑尺寸均為納米量級，這種特殊結構使氣凝膠具有超級隔熱性能，氣凝膠被認為是目前隔熱性能最好的固態材料，氧化物氣凝膠(如氧化硅、氧化鋁、氧化鋯及其復合氧化物)，但是存在強度低等問題。將陶瓷纖維材料與氣凝膠材料復合而成的陶瓷纖維復合氣凝膠材料具有耐高溫、隔熱性能好，且具有較高強度，在軍事、航空航天、化工、冶金、節能建筑等領域具有廣泛的應用前景。

陶瓷纖維材料、氣凝膠材料如果均勻穩定的復合，則氣凝膠材料本身孔徑低于空氣分子粒徑，同時其在陶瓷纖維材料結合時，將陶瓷纖細材料內部孔徑也進一步減少，有利于整體復合材料的孔徑絕大部分小于空氣分子粒徑，對熱空氣的對流傳遞起到很好的隔熱作用。

但是熱量傳遞包括三種方式，傳導傳熱、對流傳熱和輻射傳熱；在400℃以內溫度時，主要是傳導傳熱、對流傳熱方式進行熱量交換，對于空氣對流的阻隔，起到非常有效的隔熱效果；當在高溫時，熱量傳遞方式主要為輻射傳熱，復合材料對紅外熱輻射的散射性能決定了復合材料在高溫下的隔熱性能，復合材料本身的組成成分對紅外熱輻射的散射有非常大的影響；復合材料內部各顆粒尺寸、分散度也決定著最終的隔熱性能。且不同的陶瓷纖維材料本身的耐熱高溫程度也并不相同。

現在市場使用的陶瓷纖維復合氣凝膠材料，主要是用一種或兩種陶瓷纖維混合燒結后作為基體材料，然后再與氣凝膠材料結合；因此單獨一種陶瓷纖維復合氣凝膠材料成品主要是對一個較窄溫度范圍有好的隔熱效果，超出這個范圍，即使溫度低于此范圍隔熱效果也不好；由于實際使用時，在高溫時，材料工作的環境不容易是在一個較窄的溫度范圍，導致陶瓷纖維復合氣凝膠材料成品實際的隔熱效果，以及本身材料的耐溫明顯降低。

即使現有將幾種不同耐溫體系的基體材料層層疊加，然后與氣凝膠材料結合，解決最終陶瓷纖維復合氣凝膠材料成品的隔熱溫度范圍窄的問題；但是實際使用時，由于不同基體材料為疊層鋪設，而材料工作環境的溫域變化大，導致耐溫低的層狀材料在短時間內出現大面積結構破壞，導致燒結坍塌，坍塌后整體陶瓷纖維復合氣凝膠材料成品的隔熱效果迅速降低，同時引起連鎖反應，最終陶瓷纖維復合氣凝膠材料使用壽命降低。

現在傳統的陶瓷纖維復合氣凝膠材料，一般主要是利用陶瓷纖維基體的硬度以及耐熱性能，對于其隔熱效果不高，因此對整體的隔熱性能在廣溫域下效果不是很理想；且在傳統制備陶瓷纖維基體時，由于陶瓷漿料在整個陶瓷纖維基體制備過程中出現陶瓷漿料混合不斷凝聚導致陶瓷纖維互相搭接不均勻，致使最終陶瓷纖維基體內部陶瓷纖維出現較線裝或團狀的堆積纖維，且陶瓷纖維基體內部孔徑過大、孔徑分布不均勻，導致陶瓷纖維集體的隔熱性能耐熱性能降低；氣凝膠在與陶瓷纖維基體浸漬過程中，出現氣凝膠不均勻導致浸漬在陶瓷基體上的氣凝膠分布不均勻，導致隔熱效果降低。

發明內容