一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法，以无机镧盐、无机锶盐、无机钡盐及无机镨盐为基础原料，采用过渡金属元素的醇盐作为离子源，添加结构支撑剂和凝胶诱导剂，利用溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及气凝胶材料
，特别是涉及一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法。

技术介绍

[0002]气凝胶为一种具有立体网状结构的多孔隙材料，且为一种具有密度低、高比表面积、低热导率的科技产品，目前主要应用于隔热保温材料。气凝胶粉末具有高孔洞性(孔洞含量约占90％以上)及极低的体密度(约0.04～0.2g/cm3)。透过气凝胶高孔洞性质，使得气凝胶的比表面积极大(一般硅气凝胶比表面积＞500m2/g)。
[0003]高熵陶瓷是一种新型的含有多种组元的单相固溶体陶瓷，其各组元含量相近，构型熵高，具有比传统陶瓷更高的强度、模量、硬度、熔点和更好的耐腐蚀性能，其还具有很强的共价键特征及很高的熔点，可应用于各种极端服役环境，是新一代热结构材料的重要发展方向。
[0004]目前，多组元氧化物气凝胶的制备方法主要为溶胶
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凝胶法，主要干燥手段为超临界干燥法。超临界干燥可以使凝胶孔洞表面气液界面消失，极大地减小表面张力近乎为零，进而得到的气凝胶孔隙率大、孔径尺寸窄、比表面积大，但超临界干燥具有成本高、安全性差、干燥条件严苛等弊端，难以用于工业大规模生产。常压干燥是凝胶制备的传统干燥方法，由于表面张力的作用，凝胶在干燥过程中会发生收缩，可能会导致凝胶结构破坏塌陷。但对比超临界干燥法，常压干燥具有成本低、操作简单、可用于大规模生产的先天优势。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法，以解决上述多组元氧化物气凝胶干燥困难的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体，所述高熵陶瓷气凝胶粉体为五组元高熵气凝胶粉体，以无机镧盐、无机锶盐、无机钡盐及无机镨盐为基础原料，采用过渡金属元素的醇盐作为离子源，添加结构支撑剂和凝胶诱导剂，利用溶胶
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凝胶法制得湿凝胶，再用常压干燥法获得室温下熵稳定的五组分氧化物气凝胶粉体，高温热处理后制备出高熵陶瓷气凝胶粉体；其中所述结构支撑剂为甲酰胺，所述凝胶诱导剂为环氧丙烷，所述过渡金属元素的醇盐为Co的醇盐、Fe的醇盐、Ni的醇盐、Cu的醇盐、Mn的醇盐、Zn的醇盐中的任意一种；
[0007]所述高熵陶瓷气凝胶粉体的制备方法具有以下步骤：
[0008](1)溶液A的制备：将无机镧盐、无机锶盐与去离子水和无水乙醇混合均匀，再依次加入乙酰乙酸甲酯和乙酸，混合溶液充分搅拌2～12h后制得溶液A；
[0009](2)溶液B的制备：将无机钡盐、无机镨盐与去离子水和无水乙醇混合均匀，再依次加入乙酰乙酸甲酯和乙酸，混合溶液充分搅拌2～12h后制得溶液B；
[0010](3)溶液C的制备：将过渡金属元素的醇盐与去离子水、无水乙醇、乙酸按比例混合
均匀，混合溶液充分搅拌2～12h后制得溶液C；
[0011](4)混合溶液D的制备：取步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)所制备的溶液A、溶液B、溶液C，混合后搅拌4～24h使其均匀化且充分水解，逐滴加入结构支撑剂，继续搅拌1h后得到混合溶液D；
[0012](5)混合凝胶的制备与老化：搅拌下，以20滴/min的速度将凝胶诱导剂加入到溶液D中，并持续搅拌1～4h，得到有色透明凝胶，然后在凝胶表面覆盖一层去离子水，密封，在40～70℃水浴中老化12～48h，然后50～80℃水浴中老化24～72h，得到有色湿凝胶；
[0013](6)溶剂置换：取步骤(5)得到的有色湿凝胶加入乙醇中浸泡，进行12～48h的溶剂置换，其中乙醇的浓度为20％，60％，80％，无水乙醇；
[0014](7)改性与干燥：用正己烷和表面改性剂按比例配置成改性液，对溶剂置换后的湿凝胶进行改性，改性时间为6～24h，期间更换2～4次改性液；将改性后的凝胶在60～120℃下常压阶梯温度干燥8～24h，得到五组分氧化物气凝胶的前驱体粉末；其中表面改性剂为三甲基氯硅烷、六甲基二硅氧烷、二甲基二氯硅烷中的任意一种；正己烷和表面改性剂的比例为1.0：(0.5～1.5)；
[0015](8)热处理：将干燥后的气凝胶置于马弗炉中，在600～1300℃下进行煅烧，升温速率为3～8℃/min，煅烧2～6h，得到室温下稳定的高熵陶瓷气凝胶粉体。
[0016]优选的，步骤(1)中无机镧盐、无机锶盐、去离子水、无水乙醇、乙酸、乙酰乙酸甲酯的摩尔比为1.0：1.0：(1.0～5.0)：(1.0～3.0)：(0.01～0.05)：(0.1～0.3)。
[0017]优选的，步骤(2)中无机钡盐、无机镨盐、去离子水、无水乙醇、乙酸、乙酰乙酸甲酯的摩尔比为1.0：1.0：(1.0～5.0)：(1.0～3.0)：(0.01～0.05)：(0.1～0.3)。
[0018]优选的，步骤(3)中过渡金属醇盐、去离子水、无水乙醇、乙酸的摩尔比为1.0：(1.0～5.0)：(1.0～3.0)：(0.01～0.05)。
[0019]优选的，步骤(4)中结构支撑剂和总金属离子的摩尔比为(0.5～1.5)：1。
[0020]优选的，所述无机镧盐、无机锶盐、无机钡盐、无机镨盐为水合硝酸镧、水合硝酸锶、水合硝酸钡、水合硝酸镨。
[0021]优选的，步骤(4)中溶液A、溶液B、溶液C混合时，溶液A、B、C按阳离子数等摩尔比混合。
[0022]优选的，步骤(6)中湿凝胶与乙醇的体积比为1.0：(0.3～0.5)且乙醇均匀覆盖在湿凝胶表面。
[0023]优选的，步骤(7)中湿凝胶与改性液的体积比为1.0：(0.2～0.5)且改性液均匀覆盖在湿凝胶表面；常压阶梯温度干燥具体为：50℃2～3h、80℃2～3h、100℃2～3h、120℃2～3h。
[0024]优选的，步骤(8)中热处理升温速率为3～5℃/min，煅烧时间为2～6h。
[0025]因此，本专利技术采用上述结构的一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法，具有以下有益效果：
[0026]1、本专利技术通过溶胶
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凝胶法辅以常压干燥法制备出了La+Sr+Ba+Pr+{TE}(TE为过渡金属元素)五组元高熵气凝胶粉体。以无机镧、锶、钡、镨盐作为基础原料，采用过渡金属元素醇盐引入离子作为稳定剂使高熵相在室温保持稳定。使用甲酰胺作为凝胶结构支撑剂使网络结构得以增强，使用环氧丙烷作为网络凝胶诱导剂促进网络结构的生成，采用分组
水解的方式增强了凝胶的稳定性和均匀性。
[0027]2、经过溶胶
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凝胶过程制得湿凝胶，使用常压干燥法获得室温下熵稳定的五组分氧化物气凝胶粉体，再经过高温热处理后制备出高熵相气凝胶粉体，所得高熵相气凝胶粉体在室温下可以保持单相稳定存在，其导热系数低至0.025W/(m
·
K)，可以耐受1400℃的高温，比表面积可达590m2/g。
[0028]3、本专利技术所述高熵氧化物气凝胶材料的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体，其特征在于：所述高熵陶瓷气凝胶粉体为五组元高熵气凝胶粉体，以无机镧盐、无机锶盐、无机钡盐及无机镨盐为基础原料，采用过渡金属元素的醇盐作为离子源，添加结构支撑剂和凝胶诱导剂，利用溶胶
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凝胶法制得湿凝胶，再用常压干燥法获得室温下熵稳定的五组分氧化物气凝胶粉体，高温热处理后制备出高熵陶瓷气凝胶粉体；其中所述结构支撑剂为甲酰胺，所述凝胶诱导剂为环氧丙烷，所述过渡金属元素的醇盐为Co的醇盐、Fe的醇盐、Ni的醇盐、Cu的醇盐、Mn的醇盐、Zn的醇盐中的任意一种；所述高熵陶瓷气凝胶粉体的制备方法具有以下步骤：(1)溶液A的制备：将无机镧盐、无机锶盐与去离子水和无水乙醇混合均匀，再依次加入乙酰乙酸甲酯和乙酸，混合溶液充分搅拌2～12h后制得溶液A；(2)溶液B的制备：将无机钡盐、无机镨盐与去离子水和无水乙醇混合均匀，再依次加入乙酰乙酸甲酯和乙酸，混合溶液充分搅拌2～12h后制得溶液B；(3)溶液C的制备：将过渡金属元素的醇盐与去离子水、无水乙醇、乙酸按比例混合均匀，混合溶液充分搅拌2～12h后制得溶液C；(4)混合溶液D的制备：取步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)所制备的溶液A、溶液B、溶液C，混合后搅拌4～24h使其均匀化且充分水解，逐滴加入结构支撑剂，继续搅拌1h后得到混合溶液D；(5)混合凝胶的制备与老化：搅拌下，以20滴/min的速度将凝胶诱导剂加入到溶液D中，并持续搅拌1～4h，得到有色透明凝胶，然后在凝胶表面覆盖一层去离子水，密封，在40～70℃水浴中老化12～48h，然后50～80℃水浴中老化24～72h，得到有色湿凝胶；(6)溶剂置换：取步骤(5)得到的有色湿凝胶加入乙醇中浸泡，进行12～48h的溶剂置换，其中乙醇的浓度为20％，60％，80％，无水乙醇；(7)改性与干燥：用正己烷和表面改性剂按比例配置成改性液，对溶剂置换后的湿凝胶进行改性，改性时间为6～24h，期间更换2～4次改性液；将改性后的凝胶在60～120℃下常压阶梯温度干燥8～24h，得到五组分氧化物气凝胶的前驱体粉末；其中表面改性剂为三甲基氯硅烷、六甲基二硅氧烷、二甲基二氯硅烷中的任意一种；正己烷和表面改性剂的比例为1.0：(0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗洋，程富豪，武泽民，杨波，张德忠，李淑敏，高峰，
申请(专利权)人：华阳新材料科技集团有限公司阳煤集团纳谷山西气凝胶科创城管理有限责任公司，
类型：发明
国别省市：