[發(fā)明專利]一種基于多腔結(jié)構(gòu)纖維的超高溫陶瓷氣凝膠的制備方法

有效

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• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113321524B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李福平;許卓利;趙康;黨薇;湯玉斐
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: C04B38/00
• 分類號: C04B38/00;C04B35/58;C04B35/56;C04B35/571;C04B35/622;D01F9/10
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 韓玙

本發(fā)明公開了一種基于多腔結(jié)構(gòu)纖維的超高溫陶瓷氣凝膠的制備方法，采用紡絲針頭靜電紡絲并進(jìn)行高溫煅燒獲得具有多腔結(jié)構(gòu)的超高溫陶瓷納米纖維；將納米纖維與碳材料配制成漿料經(jīng)冷凍干燥后進(jìn)行真空冷凍干燥獲得氣凝膠材料，最后經(jīng)高溫碳化獲得具有多腔結(jié)構(gòu)纖維的超高溫陶瓷氣凝膠材料。本發(fā)明方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的氣凝膠熔點(diǎn)低、耐高溫性能差、熱導(dǎo)率高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗熱震性差及制備工藝復(fù)雜的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于多腔結(jié)構(gòu)纖維的超高溫陶瓷氣凝膠的制備方法。

背景技術(shù)

氣凝膠材料具有低密度(最低可達(dá)0.003g/cm³)、高孔隙率(最高可達(dá)99.8％)和高比表面積(200～1000m²/g)等特點(diǎn)，是密度最小、熱導(dǎo)率最低的固體材料之一，成為新一代航空航天用隔熱材料。目前研究最廣泛的氣凝膠包括氧化物氣凝膠，如SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂氣凝膠，和炭氣凝膠。其中，氧化物氣凝膠存在熔點(diǎn)相對較低，在高溫區(qū)(＞1000℃)易發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變及顆粒燒結(jié)，耐溫性差，難以滿足高溫隔熱需求。炭氣凝膠雖然在惰性及真空環(huán)境下能達(dá)到2000℃的耐溫性，石墨化后耐溫性甚至能達(dá)到3000℃，但它不耐氧化，在有氧環(huán)境下350℃以上便發(fā)生氧化，成為應(yīng)用的難點(diǎn)。所以研制具有耐高溫、抗氧化、低熱導(dǎo)率的陶瓷氣凝膠隔熱材料成為目前亟待解決的問題之一。

超高溫陶瓷，如ZrB₂、HfB₂、ZrC等，具有一系列優(yōu)異的性質(zhì)，如高熔點(diǎn)(＞3000℃)、低密度、良好的抗氧化抗燒蝕性、高溫下具有優(yōu)良的機(jī)械性能等，已在放電等離子體電極材料、高超聲速再入飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)等極端環(huán)境中得到應(yīng)用。然而，其高的熱導(dǎo)率(ZrB₂:57.9W/mk；ZrC:20.52W/mk)限制了在隔熱領(lǐng)域的應(yīng)用，如果設(shè)計(jì)構(gòu)建一種多腔結(jié)構(gòu)的納米超高溫陶瓷纖維并將其制備成超高溫陶瓷氣凝膠將能有效降低其熱導(dǎo)率。所以具有多腔結(jié)構(gòu)纖維的超高溫陶瓷氣凝膠的制備成為研究的重點(diǎn)之一。