一种网状中空泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材制造技术

一种网状中空泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材，其特征在于，所述的网状中空复合泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材包括中空碳化硅泡沫、网格状碳化硅纳米线、炭气凝胶，网格状碳化硅纳米线填充分割碳化硅泡沫内部大孔，碳气凝胶均匀填充于泡沫体内部所有孔隙，密度为0.07～0.2g/cm

A reticulate hollow foam reinforced carbon aerogel heat insulation core material

【技术实现步骤摘要】
一种网状中空泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材
本专利技术涉及一种高温隔热芯材，特别涉及一种网状中空泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材。
技术介绍
气凝胶是近年来受到广泛关注的一类多孔隔热材料。气凝胶的固相骨架由纳米颗粒交联而成，孔径在几纳米至几十纳米之间，具有很高的比表面积，最常见的气凝胶有SiO2、Al2O3及炭气凝胶等。由于气凝胶具有独特的纳米结构，其热传导路径均被明显抑制，具有极低的热导率。炭气凝胶是一种由纳米粒子组成的具有三维网状结构的多孔无定型炭素材料。由于结构上的独特性，气凝胶在力学、声学、热学、光学、电学等方面具有许多特殊的性质，如：极小的导热率、表观密度、极高的比表面积、孔隙率等。炭气凝胶具有良好的热稳定性和极好地隔热性能，具有较强的红外吸收能力，能有效降低高温时的辐射热导率，在高温隔热领域具有极大的应用潜力。尽管碳气凝胶具有如此多的优点，但是炭气凝胶依然存在缺点，如强度低、脆性大、碳化过程体积收缩大等。网状中空泡沫是一种中空骨架和纳米线分割的孔腔组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料，密度约为30～200mg/cm3。而网状中空碳化硅泡沫是以柔性碳泡沫为模板，通过化学气相沉积法在炭素骨架表面依次生长碳化硅薄膜与碳化硅纳米线，网状中空碳化硅泡沫具有密度低、热性能优异、热导率低等优点，既是一种极具潜力的高温隔热材料。其密度相比于凝胶铸碳化硅泡沫底一个数量级，比强度可以高达50000Nm/Kg，室温导热系数仅为35～60mW/mK，作为超高速飞行器热防护系统部件，可以保证在严苛、复杂的气动环境可靠性。因此，通过网状中空碳化硅泡沫增强炭气凝胶，结合炭气凝胶的超低热导率，复合制备网状中空泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材应用于超高速飞行器热防护系统。文献“常压干燥法制备碳纤维增强型碳气凝胶，谈娟娟，孙超明，杨立平，陈锋，玻璃钢/复合材料，2013年第9期”中在碳气凝胶制备陈化过程中，加入不同厚度的碳纤维针刺毡，经溶胶-凝胶反应，溶剂置换、常压干燥和高温碳化得到碳纤维毡增强碳气凝胶材料，密度为0.5g/cm3，抗压强度为1.9～2.4Mpa。然而碳纤维导热系数高，会影响碳气凝胶的隔热性能。申请号为201410743407.3的中国专利技术专利公开了一种耐高温高强度SiC包覆碳泡沫复合隔热材料及其制备方法，其特征在于该耐高温高强度SiC包覆碳泡沫复合隔热材料是一种由碳泡沫和碳化硅气凝胶构成；其空气气氛中耐温性在690～700℃，比纯碳泡沫材料提高了约100℃，表观密度在0.4～0.6g/cm3，抗压强度在11～15MPa，室温热导率在0.4～0.6W/(m.K)。其制备方法是二氧化硅溶胶注入到碳泡沫材料的孔洞中，经过溶胶-凝胶、老化和干燥得到碳泡沫增强的氧化硅气凝胶复合隔热材料，然后在惰性氛围保护下进行高温热处理，从而制备出一种耐高温高强度SiC包覆碳泡沫复合隔热材料。该专利技术具有用料简单和工艺简捷的优点，工艺过程操作简单，容易实现规模生产。但是该制备方法得到的SiC包覆材料结构疏松，致密性差，并且导热系数很高，密度较大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，旨在提供一种网状中空泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材，其特征在于，所述的网状中空复合泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材包括中空碳化硅泡沫、网格状碳化硅纳米线、炭气凝胶，网格状碳化硅纳米线填充分割碳化硅泡沫内部大孔，碳气凝胶均匀填充于泡沫体内部所有孔隙，密度为0.07～0.2g/cm3，抗压强度5～15MPa。所述的中空碳化硅泡沫是以柔性碳泡沫为模板，采用化学气相沉积法制备，碳化硅泡沫骨架壁厚0.5～2μm。所述的网格状碳化硅纳米线采用化学气相沉积法制备，直径为50～200nm。所述的炭气凝胶采用常压干燥法复合于多孔泡沫内，平均孔腔尺寸为20～150nm，平均粒径为12～20nm，密度为0.05～0.012g/cm3，比消光系数为300～500m2/kg。本专利技术具有的优点：1、中空碳化硅骨架提高泡沫比表面积与力学性能，便于复合炭气凝胶；2、碳化硅纳米线降低泡沫孔径，提高材料力学强度，降低材料的热导率；3、炭气凝胶密度低，热扩散系数低，比消光系数高，复合材料整体密度低、高温热导率低。附图说明图1为网状中空泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材[10]为碳化硅纳米线；[20]为碳化硅中空骨架；[30]为炭气凝胶。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。实施例1参照图1，网状中空复合泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材由中空碳化硅泡沫、网格状碳化硅纳米线、炭气凝胶组成，网格状碳化硅纳米线填充分割碳化硅泡沫内部大孔，碳气凝胶均匀填充于泡沫体内部所有孔隙，密度为0.1g/cm3，抗压强度为10MPa，碳化硅泡沫骨架壁厚0.7μm，网状碳化硅纳米线直径为100nm，碳气凝胶的平均孔腔尺寸为30nm，平均粒径为15nm，密度为0.08g/cm3，比消光系数为310m2/kg。实施例2参照图1，网状中空复合泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材由中空碳化硅泡沫、网格状碳化硅纳米线、炭气凝胶组成，网格状碳化硅纳米线填充分割碳化硅泡沫内部大孔，碳气凝胶均匀填充于泡沫体内部所有孔隙，密度为0.15g/cm3，抗压强度为9MPa，碳化硅泡沫骨架壁厚1.2μm，网状碳化硅纳米线直径为100nm，碳气凝胶的平均孔腔尺寸为52nm，平均粒径为18nm，密度为0.11g/cm3，比消光系数为350m2/kg。上述仅为本专利技术的两个具体实施方式，但本专利技术的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本专利技术进行非实质性的改动，均应属于侵犯本专利技术保护的范围的行为。但凡是未脱离本专利技术技术方案的内容，依据本专利技术的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本专利技术技术方案的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种网状中空泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材，其特征在于，所述的网状中空复合泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材包括中空碳化硅泡沫、网格状碳化硅纳米线、炭气凝胶，网格状碳化硅纳米线填充分割碳化硅泡沫内部大孔，碳气凝胶均匀填充于泡沫体内部所有孔隙，密度为0.07～0.2g/cm

【技术特征摘要】
1.一种网状中空泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材，其特征在于，所述的网状中空复合泡沫增强炭气凝胶高温隔热芯材包括中空碳化硅泡沫、网格状碳化硅纳米线、炭气...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈照峰，余盛杰，汪洋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32