硅酸盐高温吸波复合材料的制备方法技术

硅酸盐高温吸波复合材料的制备方法，它涉及一种复合材料的制备方法，属于吸波材料领域。本发明专利技术是为了解决现有的吸波材料加工复杂、成本较高、吸波性能较低的技术问题。本方法如下：一、SiO

Preparation of silicate high temperature absorbing composite

【技术实现步骤摘要】
硅酸盐高温吸波复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种复合材料的制备方法，属于吸波材料领域。
技术介绍
过去二十年来，溶胶-凝胶技术的迅速发展使得合成多孔材料得到了快速发展，这种技术补充了制备无定形固体或玻璃的常规方法。由于多孔材料具有高比表面积、高孔隙率、可调控的骨架等特性，因此在吸附、传感和吸波等各种应用中具有极其重要的意义。气凝胶是21世纪的一种新型神奇材料，虽然是固体，但99％的成分却是由气体组成。目前最轻的硅气凝胶仅有3mg/cm3，比空气重三倍。在所有已知的固体多孔材料中，气凝胶以其小孔径、大比表面积和极佳的光学透过率而闻名。此外，在所有气凝胶中，SiO2气凝胶具有突出的性能。1931年，气凝胶首先由美国斯坦福大学的S.S.Kistler教授制得，他以水玻璃为硅源，通过超临界干燥法(乙醇为超临界干燥介质)获得了SiO2气凝胶，因其密度极低且呈现淡蓝色，外号“蓝烟”。随后，Kistler教授又制造出了以铝、铬和锡等为基础物质的气凝胶，并详细讨论了气凝胶的各项性能。虽然Kistler教授对气凝胶在隔热和催化等领域作了前景展望，但由于气凝胶的制备过程复杂，当时并未引起人们的重视。直到20世纪70年代后期，溶胶-凝胶技术得到了发展且在凝胶的制备过程中得到了应用，这种技术使得硅源均匀地分散在溶剂中得到均匀的凝胶。法国ClaudBernard大学的StanislasTeichner教授以硅酸四甲酯(TMOS)为硅源，甲醇为溶剂，通过溶胶-凝胶法一步得到醇凝胶，后经超临界干燥制得高质量的SiO2气凝胶。从此，SiO2气凝胶进入了一个飞速发展的时代。后来，Peri团队采用甲醇为超临界干燥介质干燥水凝胶，大大缩短了干燥周期，进一步推动了气凝胶的研究。1974年，Cantin等人将SiO2气凝胶应用于切伦科夫探测器，用于收集空间粒子。此后，在欧洲SiO2气凝胶被置于双面窗的内层用于保温储能。1985年Tewari使用二氧化碳为超临界干燥介质，成功地进行了湿凝胶的干燥，推动了SiO2气凝胶的商业化进程。随后又出现了有关气凝胶应用于高效隔热材料及高效可充电电池等的报道，引起了科研工作者的广泛兴趣。自那时以来，气凝胶已被用于或考虑用于隔热、催化剂和宇宙尘收集等。大多数情况下，铁氧体，金属粉末，陶瓷，碳纳米等固体粒子吸收剂被广泛用作制备吸波复合材料。虽然吸波的性能一般，但由于密度大、稳定性差、负载量大等缺点，大部分还没有得到实际应用。而且现有材料加工方法复杂，成本较高，吸波效果差。随着航天飞行器对复合材料功能多样化的需求，气凝胶材料的超轻质和隔热不再是追求的唯一目标。在复杂电磁环境下穿梭的航天飞行器，为了保证内部电子元器件的正常工作或者自身轨道隐身的需求，需要对无用或敌对电磁进行吸波或屏蔽。因此，函需一种具有吸波性能的气凝胶材料，以满足航天领域对气凝胶材料的功能多样化需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的吸波材料加工复杂、成本较高、吸波性能较低的技术问题，提供了一种硅酸盐高温吸波复合材料的制备方法。硅酸盐高温吸波复合材料的制备方法按照以下步骤进行：一、SiO2气凝胶的合成：a、将硅源、醇溶剂、N,N-二甲基甲酰胺和盐酸按照(1-5)∶1∶1∶1的摩尔比进行混合，然后在90℃～100℃下进行水解，水解完成后冷却至室温；b、滴加碱液并搅拌30～60分钟进行缩聚反应，碱液与盐酸的体积比是1-2∶1；c、将步骤b的溶液转入模具中，密封后放入35℃～50℃的烘箱中老化6-12小时；d、先用醇溶液浸泡15小时，再用硅源溶液和醇溶液的混合液浸泡24小时，得到湿凝胶；e、然后在50℃的烘箱中用乙醇浸泡湿凝胶6-12小时除去水和硅源，再用正己烷置换掉乙醇，加入改性液，改性液与硅源的摩尔比为1-2∶1，密封，即得凝胶；二、高温合成SiO2-铁氧体复合材料：f、将硅烷偶联剂、制备铁氧体的可溶性盐、步骤e得到的凝胶、醇溶剂和去离子水混合，搅拌1～2h，超声分散30min～60min，得到混合液，混合液中硅烷偶联剂的体积百分浓度为0.25～0.5％；步骤e得到的凝胶与制备铁氧体的可溶性盐的摩尔比为1∶(1～2)；步骤e得到的凝胶与醇溶剂的比为1g∶(40～60)mL；步骤e得到的凝胶与去离子水的比为1g∶(40～60)mL；g、将步骤f得到的混合液转入高温反应釜中，以2℃～4℃/min的速率升温到80℃～120℃并保温4h～6h，反应结束后，用水和醇溶液交换离心清洗，用正己烷洗涤湿凝胶，真空干燥，得到复合气凝胶；h、在空气或氮气条件下，将复合气凝胶放在350～450℃管式炉中焙烧2h～4h，再冷却至室温，得到SiC-铁氧体/碳质材料高温吸波复合材料；步骤二f中所述的制备铁氧体的可溶性盐为铁盐、钴盐或镍盐；所述镍盐为六水氯化镍、六水硫酸镍及六水硝酸镍中的一种或其中几种；所述铁盐为六水氯化铁、七水硫酸亚铁及九水硝酸铁中的一种或其中几种；所述钴盐为六水氯化钴、七水硫酸钴及六水硝酸钴中的一种或其中几种；步骤二f中所述的醇溶剂为乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、苯甲醇、环丁醇、环己醇、环戊醇、异丁醇及异戊醇中的一种或其中几种。步骤一a中所述硅源是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、四甲氧基硅烷(TMOS)、四乙氧基硅烷(TEOS)、聚乙氧基二硅氧烷(PEDS)或甲基三甲氧基硅烷(MTMS)。步骤一a中所述醇溶剂为乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、苯甲醇、环丁醇、环己醇、环戊醇、异丁醇及异戊醇中的一种或其中几种。步骤一b中所述碱液为氨水、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、磷酸氢二钠、柠檬酸钠或柠檬酸钾水溶液。步骤一d中所述醇溶液混合液为乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、苯甲醇、环丁醇、环己醇、环戊醇、异丁醇及异戊醇中的两种或其中几种的水溶液。步骤一d中所述硅源溶液和醇溶液混合液中硅源溶液和醇溶液混合液的摩尔比为1-3∶1。步骤一d中所述硅源溶液为硅源正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、四甲氧基硅烷(TMOS)、四乙氧基硅烷(TEOS)、聚乙氧基二硅氧烷(PEDS)或甲基三甲氧基硅烷(MTMS)的水溶液。步骤一e中所述改性液为六甲基二硅胺烷(HMDZ)或三甲基氯硅烷(TMCS)。步骤二f中所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-540、KH-560、KH-792或KH-6020。步骤二g中真空干燥的温度为60℃～80℃，时间为12h～24h。本专利技术的新型硅酸盐高温吸波复合材料具有以下优点：1、制备工艺简单，操作简便，设备要求低，产率高；2、所用硅源和金属盐原料廉价易得，通过调节硅源和镍盐、铁盐或钴盐的浓度可以改变气凝胶和铁氧体的形貌；3、本专利技术的吸波复合材料在特定微波频段内如X波段(8-12GHz)和Ku波段(12-18GHz)，其反射损耗均低于-5dB，最大反射损耗达到-14dB，具有高介电损耗、厚度较薄以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.硅酸盐高温吸波复合材料的制备方法，其特征在于所述硅酸盐高温吸波复合材料的制备方法按照以下步骤进行：/n一、SiO

【技术特征摘要】
1.硅酸盐高温吸波复合材料的制备方法，其特征在于所述硅酸盐高温吸波复合材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、SiO2气凝胶的合成：
a、将硅源、醇溶剂、N,N-二甲基甲酰胺和盐酸按照(1-5)∶1∶1∶1的摩尔比进行混合，然后在90℃～100℃下进行水解，水解完成后冷却至室温；
b、滴加碱液并搅拌30～60分钟进行缩聚反应，碱液与盐酸的体积比是1-2∶1；
c、将步骤b的溶液转入模具中，密封后放入35℃～50℃的烘箱中老化6-12小时；
d、先用醇溶液浸泡15小时，再用硅源溶液和醇溶液的混合液浸泡24小时，得到湿凝胶；
e、然后在50℃的烘箱中用乙醇浸泡湿凝胶6-12小时除去水和硅源，再用正己烷置换掉乙醇，加入改性液，改性液与硅源的摩尔比为1-2∶1，密封，即得凝胶；
二、高温合成SiO2-铁氧体复合材料：
f、将硅烷偶联剂、制备铁氧体的可溶性盐、步骤e得到的凝胶、醇溶剂和去离子水混合，搅拌1～2h，超声分散30min～60min，得到混合液，混合液中硅烷偶联剂的体积百分浓度为0.25～0.5％；
步骤e得到的凝胶与制备铁氧体的可溶性盐的摩尔比为1∶(1～2)；
步骤e得到的凝胶与醇溶剂的比为1g∶(40～60)mL；
步骤e得到的凝胶与去离子水的比为1g∶(40～60)mL；
g、将步骤f得到的混合液转入高温反应釜中，以2℃～4℃/min的速率升温到80℃～120℃并保温4h～6h，反应结束后，用水和醇溶液交换离心清洗，用正己烷洗涤湿凝胶，真空干燥，得到复合气凝胶；
h、在空气或氮气条件下，将复合气凝胶放在350～450℃管式炉中焙烧2h～4h，再冷却至室温，得到SiC-铁氧体/碳质材料高温吸波复合材料；
步骤二f中所述的制备铁氧体的可溶性盐为铁盐、钴盐或镍盐；
所述镍盐为六水氯化镍、六水硫酸镍及六水硝酸镍中的一种或其中几种；
所述铁盐为六水氯化铁、七水硫酸亚铁及九水硝酸铁中的一种或其中几种；
所述钴盐为六水氯化钴、七水硫酸钴及六水硝酸钴中的一种或其中几种；
步骤二f中所述的醇溶剂为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李季，刘继鹏，张磊，杨春晖，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23