耐高温块体氧化铝气凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温块体氧化铝气凝胶的制备方法，包括：将铝源溶解在蒸馏水和乙醇的混合溶剂中，并在60～80℃的水浴中搅拌20～50min，冷却至室温，得到混合物溶液；在搅拌作用下将浓硝酸加入混合物溶液中，调节pH值至1.6～1.8，再将甲醇，丙酮和催化剂混合后加入混合物溶液中；然后将混合物溶液搅拌10～60s并倒入模具中，通常在10～30min后形成凝胶，经过老化并用乙醇将溶剂交换三天后，将湿凝胶置于乙醇高压釜中进行超临界干燥，得到氧化铝气凝胶。本发明专利技术采用溶胶凝胶法制备Al2O3湿凝胶和超临界流体干燥法制备Al2O3气凝胶的工艺简单，反应过程容易控制，容易实现工业化的生产，制得的氧化铝气凝胶表面完整无裂纹、耐高温性能好，其具有广阔的应用前景。

Preparation of alumina block aerogels with high temperature resistance

The invention discloses a preparation method of an alumina aerogel with high temperature resistance. The method comprises the following steps: dissolving the aluminum source in a mixed solvent of distilled water and ethanol, stirring 20 to 50min in a water bath at 60~80 degrees centigrade, cooling it to room temperature, obtaining a mixture solution, stirring the concentrated nitric acid into a mixture solution, adjusting the pH value to 1.6 to 1.8, and mixing methanol, acetone and catalyst together. After mixing, add the mixture solution, then mix the mixture solution 10 to 60s and pour into the mold, usually form gel after 10 to 30min. After aging and exchange the solvent with ethanol for three days, the wet gel is placed in the ethanol autoclave for supercritical drying, and the alumina aerogel is obtained. The Al2O3 hydrogel prepared by sol-gel method and the supercritical fluid drying method are simple in preparing Al2O3 aerogels, easy to control the reaction process, and easy to realize industrial production. The prepared aerogel surface has complete crack free and high temperature resistance performance, and has wide application prospects.

【技术实现步骤摘要】
耐高温块体氧化铝气凝胶的制备方法
本专利技术属于气凝胶类材料制备
，涉及一种耐高温块体氧化铝气凝胶材料的制备方法。
技术介绍
以金属氧化物为基质材料制备的气凝胶成型性极差，在干燥之前就可能产生大量裂纹，严重影响了气凝胶的应用和发展。氧化铝熔点为2054℃。因此以氧化铝为基质制备的氧化铝气凝胶理论上可以在高温高压下使用。但目前的研究仍然没有从根源上解决其在高温下容易发生相转变和力学性能差等问题。这也是导致近年来几乎没有人专门以隔热耐高温为研究背景来研究氧化铝气凝胶的直接原因。因此，如果科学家在增强氧化铝气凝胶力学性能的同时，还能使其具有优异的隔热耐高温性能的方面有重大突破，那么以隔热耐高温为研究背景来研究氧化铝气凝胶必将成为科学界的一个热门话题。氧化铝气凝胶通常以有机铝醇盐或无机铝盐为前驱体，采用溶胶-凝胶法制备。其中以无机铝盐为前驱体制备完整无裂纹块体氧化铝气凝胶非常困难，原因是无机铝盐活性低，不易控制、在干燥过程中极易开裂。到目前为止，具有在1000℃高温下仍保持为完整无裂纹的氧化铝气凝胶的报道很少。其中，2013年沈军课题组报道的超耐热强氧化铝气凝胶，该气凝胶采用苯胺-丙酮原位水形成法、超临界流体改性法和六甲基二硅氮烷气相改性法相结合的方式，制备出能在1000℃下使用的氧化铝气凝胶，有效提高了氧化铝气凝胶的使用温度。但是其收缩巨大，Al-YassirN课题组以仲丁醇铝和六水硝酸钇为前驱体制备出Al2O3-Y2O3复合气凝胶，但是该气凝胶主要作为催化剂载体，其耐高温性能相对于常规氧化铝气凝胶并无显著提高。到目前为止，温度高于1050℃的情况下，氧化铝气凝胶收缩几乎为零的报道仍未出现。如何获得完整无裂纹耐高温氧化铝气凝胶成为我们现在需要解决和考虑的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种耐高温块体氧化铝气凝胶的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将铝源溶解在蒸馏水和乙醇的混合溶剂中，并在60～80℃的水浴中搅拌20～50min，冷却至室温，得到混合物溶液；步骤二、在搅拌作用下将浓硝酸加入混合物溶液中，调节pH值至1.6～1.8，再将甲醇，丙酮和催化剂混合后加入混合物溶液中；然后将混合物溶液搅拌10～60s并倒入模具中，通常在10～30min后形成凝胶，经过老化并用乙醇将溶剂交换三天后，将湿凝胶置于乙醇高压釜中进行超临界干燥，得到Al2O3气凝胶。优选的是，所述铝源为仲丁醇铝、乙酸铝、草酸铝中的任意一种。优选的是，所述乙醇：甲醇：丙酮：蒸馏水：催化剂的摩尔比10～25:0.5～2:0.5～2:0.1～0.5:0.05～0.25；所述铝源：蒸馏水的摩尔比为1：0.5～2.5。优选的是，所述超临界干燥的压力为6～8MPa，温度为250～260℃；所述催化剂为苯胺、苯二胺、硫脲、尿素中的任意一种。优选的是，所述步骤一中，在混合物溶液中，加入占硅源质量1～20％的改性凹凸棒土和占硅源质量0.5～1.5％的离子液体。优选的是，所述改性凹凸棒土的制备方法为：将凹凸棒土与浓度为1.5mol/L的草酸混合，在60℃下酸活化1～3小时，再用水洗涤至pH值至4～5，得到酸改性凹凸棒土，草酸与凹凸棒土的液固比为1～3：1，将酸改性凹凸棒土配制成浓度为25～30wt％的酸改性凹凸棒土悬浊液；按重量份，取30～50份酸改性凹凸棒土悬浊液、10～20份质量分数为30～35％稀土水溶液、5～10份质量分数为1～2％的多壁碳纳米管溶液加入带搅拌的密封容器中，向其中通入氮气使氮气饱和，然后将该密封容器置于1.5MeV、30mA的电子加速器中进行辐照搅拌处理，然后离心分离，烘干，粉碎，得到改性凹凸棒土。优选的是，所述辐照采用的辐照剂量率为200～500kGy/h，辐照剂量为500～1000kGy，搅拌速度为200～300r/min；所述稀土水溶液为硝酸镧、硝酸钕、硝酸钇、硝酸铈、硝酸钐、硝酸铼水溶液中的任意一种。优选的是，所述离子液体为1,3-二甲基咪唑硫酸甲酯盐、1,3-二甲基咪唑硝酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸中的任意一种。优选的是，所述步骤二中，将得到的Al2O3气凝胶进行再处理，其过程为：将Al2O3气凝胶送入大气压低温等离子体装置中，使Al2O3气凝胶处于大气压低温等离子体的喷射出口处20～60mm，在大气压低温等离子体装置中按照8～12L/h的气流量通入气体介质，施加工作电压，形成等离子体射流，控制大气压低温等离子体装置的喷射出口的移动速度在5～10mm/s，使等离子体射流喷射于Al2O3气凝胶上，对Al2O3气凝胶进行处理30～60min，然后Al2O3气凝胶放入盛有六甲基二硅胺烷的密闭容器中，静置于室温0.5～1.5天；其中Al2O3气凝胶与六甲基二硅胺烷固液比为1：10～12。优选的是，所述工作电压采用高压交流电源提供，所述工作电压为50～100kV的交流电压，频率为100～300kHz；所述气体介质为稀有气体/氧气、氧气、氮气、氨气、CF4、CCl4、SF6中的一种或者多种的混合。本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术采用溶胶凝胶法制备Al2O3湿凝胶和超临界流体干燥法制备Al2O3气凝胶的工艺简单，反应过程容易控制，容易实现工业化的生产，制得的氧化铝气凝胶表面完整无裂纹、耐高温性能好，其具有广阔的应用前景。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明：图1为本专利技术实施例1制备的氧化铝气凝胶在热处理前的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例1制备的氧化铝气凝胶在900℃热处理后的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例1制备的氧化铝气凝胶在热处理前的实物图；图4为本专利技术实施例1制备的氧化铝气凝胶在900℃热处理后的实物图；图5为本专利技术实施例1制备的氧化铝气凝胶在1100℃热处理后的实物图；图6为本专利技术实施例2制备的氧化铝气凝胶在热处理前的扫描电镜图；图7为本专利技术实施例2制备的氧化铝气凝胶在900℃热处理后的扫描电镜图；图8为本专利技术实施例2制备的氧化铝气凝胶在热处理前的实物图；图9为本专利技术实施例2制备的氧化铝气凝胶在900℃热处理后的实物图；图10为本专利技术实施例2制备的氧化铝气凝胶在1100℃热处理后的实物图；图11为本专利技术实施例3制备的氧化铝气凝胶在热处理前的扫描电镜图；图12为本专利技术实施例3制备的氧化铝气凝胶在900℃热处理后的扫描电镜图；图13为本专利技术实施例3制备的氧化铝气凝胶在热处理前的实物图；图14为本专利技术实施例3制备的氧化铝气凝胶在900℃热处理后的实物图；图15为本专利技术实施例3制备的氧化铝气凝胶在1100℃热处理后的实物图；图16为本专利技术实施例4制备的氧化铝气凝胶在热处理前的扫描电镜图；图17为本专利技术实施例4制备的氧化铝气凝胶在900℃热处理后的扫描电镜图；图18为本专利技术实施例4制备的氧化铝气凝胶在热处理前的实物图；图19为本专利技术实施例4制备的氧化铝气凝胶在900℃热处理后的实物图；图20为本专利技术实施例4制备的氧化铝气凝胶在1100℃热处理后的实物图；图21为本专利技术对比例1制备的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温块体氧化铝气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将铝源溶解在蒸馏水和乙醇的混合溶剂中，并在60～80℃的水浴中搅拌20～50min，冷却至室温，得到混合物溶液；步骤二、在搅拌作用下将浓硝酸加入混合物溶液中，调节pH值至1.6～1.8，再将甲醇，丙酮和催化剂混合后加入混合物溶液中；然后将混合物溶液搅拌10～60s并倒入模具中，通常在10～30min后形成凝胶，经过老化并用乙醇将溶剂交换三天后，将湿凝胶置于乙醇高压釜中进行超临界干燥，得到Al2O3气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温块体氧化铝气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将铝源溶解在蒸馏水和乙醇的混合溶剂中，并在60～80℃的水浴中搅拌20～50min，冷却至室温，得到混合物溶液；步骤二、在搅拌作用下将浓硝酸加入混合物溶液中，调节pH值至1.6～1.8，再将甲醇，丙酮和催化剂混合后加入混合物溶液中；然后将混合物溶液搅拌10～60s并倒入模具中，通常在10～30min后形成凝胶，经过老化并用乙醇将溶剂交换三天后，将湿凝胶置于乙醇高压釜中进行超临界干燥，得到Al2O3气凝胶。2.如权利要求1所述的耐高温块体氧化铝气凝胶的制备方法，其特征在于，所述铝源为仲丁醇铝、乙酸铝、草酸铝中的任意一种。3.如权利要求1所述的耐高温块体氧化铝气凝胶的制备方法，其特征在于，所述乙醇：甲醇：丙酮：蒸馏水：催化剂的摩尔比10～25:0.5～2:0.5～2:0.1～0.5:0.05～0.25；所述铝源：蒸馏水的摩尔比为1：0.5～2.5。4.如权利要求1所述的耐高温块体氧化铝气凝胶的制备方法，其特征在于，所述超临界干燥的压力为6～8MPa，温度为250～260℃；所述催化剂为苯胺、苯二胺、硫脲、尿素中的任意一种。5.如权利要求1所述的耐高温块体氧化铝气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，在混合物溶液中，加入占硅源质量1～20％的改性凹凸棒土和占硅源质量0.5～1.5％的离子液体。6.如权利要求5所述的耐高温块体氧化铝气凝胶的制备方法，其特征在于，所述改性凹凸棒土的制备方法为：将凹凸棒土与浓度为1.5mol/L的草酸混合，在60℃下酸活化1～3小时，再用水洗涤至pH值至4～5，得到酸改性凹凸棒土，草酸与凹凸棒土的液固比为1～3：1，将酸改性凹凸棒土配制成浓度为25～30wt％的酸改性凹凸棒土悬浊液；按重量份，取30～50份酸改性凹凸棒土悬浊液、10～20份质量分数为30～35％稀土水溶液、5～10份质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕于铁，朱家艺，任洪波，廖俊，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51