[發(fā)明專利]一種碳化硅纖維/碳混合氣凝膠及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114031065B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設計）人: 范冰冰;宋禮猛;劉永良;張銳;盧紅霞;陳勇強;劉奇;潘亞蕊;張東陽;范晶晶
• 申請（專利權）人: 鄭州大學;瓷金科技（河南）有限公司
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/97;C01B32/984
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發(fā)明屬于氣凝膠制備技術領域，具體公開了一種碳化硅纖維/碳混合氣凝膠及其制備方法。本發(fā)明將球磨后碳源與硅源在保護氣氛下通過化學氣相沉積在碳布上，即得到碳化硅纖維/碳混合氣凝膠；所述碳源在化學氣相沉積過程中提供一氧化碳氣體，硅源在反應過程中提供一氧化硅氣體。該制備工藝簡單，安全，高效，制備的碳化硅纖維/碳混合氣凝膠材料具有高孔隙率、大比表面積、高熱穩(wěn)定性的優(yōu)點，可以作為潛在的吸波材料和優(yōu)異的隔熱材料。

技術領域

本發(fā)明涉及氣凝膠制備技術領域，尤其涉及一種碳化硅纖維/碳混合氣凝膠及其制備方法。

背景技術

氣凝膠具有連續(xù)的三維開孔網絡結構，孔徑分布在納米數(shù)量級，是一種典型的納米多孔材料。氣凝膠憑借其低密度、高比表面積、高孔隙率、低導熱系數(shù)等特性，在熱學、光學、電學、聲學等領域具有廣闊的應用前景。根據(jù)氣凝膠基體種類分為氧化物氣凝膠、碳氣凝膠和碳化物氣凝膠等。

目前，碳化硅纖維/碳混合氣凝膠在制備時，通常是作為多孔材料。如中國專利文獻CN104817337A中公開了一種多尺度結構SiC/C多孔復合陶瓷，通過水熱碳化法在碳纖維表面沉積碳層，將碳纖維連接成一個多孔碳骨架，再以CO作為碳源，SiO作為硅源，采用化學氣相反應法，在碳骨架內生成SiC層及SiC納米線，構建SiC/C多孔復合陶瓷。該SiC/C多孔復合陶瓷的制備方法需要使用碳纖維作為前驅體材料，成本較高，且工藝繁瑣復雜。

因此，如何提供一種碳化硅纖維/碳混合氣凝膠及其制備方法，簡化加工工藝，降低生產成本，同時保證材料具有高孔隙率、大比表面積、高熱穩(wěn)定性是本領域亟待解決的難題。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種碳化硅纖維/碳混合氣凝膠及其制備方法，簡化了制備工藝，降低了生產成本。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種碳化硅纖維/碳混合氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：將碳源與硅源在保護氣氛下通過化學氣相沉積在碳布上，即得碳化硅纖維/碳混合氣凝膠。

優(yōu)選的，所述碳源為碳酸鈣與活性炭的混合物；

優(yōu)選的，所述硅源為二氧化硅與硅粉的混合物。

優(yōu)選的，所述碳源中碳酸鈣與活性炭的摩爾比為1～7:1；碳源的粒徑為100～500nm。

優(yōu)選的，所述硅源中二氧化硅與硅粉的摩爾比為1～5:1；硅源的粒徑為100～300nm。

優(yōu)選的，所述保護氣氛為稀有氣體氣氛。

優(yōu)選的，所述化學氣相沉積的反應時間為1～8h。

優(yōu)選的，所述化學氣相沉積的反應溫度為1200～1600℃。

優(yōu)選的，所述化學氣相沉積在坩堝內進行，所述碳布貼附于坩堝蓋子內側。

本發(fā)明的另一目的是提供一種碳化硅纖維/碳混合氣凝膠的制備方法制備得到的碳化硅纖維/碳混合氣凝膠。

本發(fā)明中碳源用于在化學沉積反應過程中提供一氧化碳氣體，硅源用于在反應過程中提供一氧化硅氣體，碳布用于在化學氣相反應過程提供碳化硅的生長位點。

本發(fā)明公開的碳化硅纖維/碳混合氣凝膠的制備方法，碳源可以直接是一氧化碳氣體，也可以是經過物理化學變化產生一氧化碳氣體的物質；同樣地，硅源可以直接是一氧化氮氣體，也可以是其它在碳熱還原反應溫度下經過物理化學變化產生一氧化硅氣體的物質；而碳布可以是石墨材質也可以是其他碳材質。

氣化后一氧化碳與一氧化硅在石墨蓋的碳布上形核生成碳化硅纖維，進而生成的碳化硅纖維交織成三維碳化硅纖維氣凝膠與碳布上的碳混合成碳化硅纖維/碳混合氣凝膠。

經由上述的技術方案可知，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：