一种氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术属于保温材料技术领域，公开了一种氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶及其制备方法。本发明专利技术所述方法，包括步骤：将氮化硼气凝胶先浸渍于二氧化硅气凝胶前驱体溶液中，再浸渍于氨水/无水乙醇的混合溶液中进行缩聚反应，经过陈化、干燥，得到氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶。本发明专利技术将二氧化硅前驱体溶液充分浸渍在氮化硼气凝胶之上，将氮化硼气凝胶作为二氧化硅气凝胶的支撑骨架，改善纯二氧化硅气凝胶制备过程中结构易塌陷等问题，保留了氮化硼气凝胶原有的微纳尺寸三维网格纤维结构，具有低密度、高孔隙率等优点，在一定程度上简化了制备流程，是一种性能优异的潜在隔热材料。是一种性能优异的潜在隔热材料。是一种性能优异的潜在隔热材料。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术涉及保温材料
，尤其涉及一种氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]微波烧结作为一种升温速率快、操作安全、能量利用率较高的新型烧结方式，逐步成为陶瓷材料烧结领域中的研究热点。微波烧结的原理是利用材料本身存在介质损耗会吸收微波进而产生热量，将材料加热至目标温度进行烧结。由于微波烧结的原理与传统的加热方式存在较大的差异，因此，微波烧结用保温材料相比传统烧结方式的保温材料而言，不但要具有优良的隔热保温性能，还要有较好的透波性能、较强的抗热震性等，对材料本身的性能提出了很高的要求。因此，可供微波烧结保温使用的材料范围大大缩小。
[0003]无机非金属材料由于具有耐高温、抗烧蚀性能较好等优点，因此无机非金属材料逐步成为微波窑高温应用的重要方向之一。目前的微波窑高温用无机非金属材料的研究方向主要包括氧化铝体系、氮化硅体系、二氧化硅体系等。微波烧结对材料的透波性能提出了较高需求，材料的透波性能则主要取决于材料的介电常数和介电损耗。而二氧化硅和氮化硼的介电常数和介电损耗都较小，属于透波性能较好的一类材料，但目前将二者制备成复合气凝胶作为微波窑用保温材料的研究却鲜见报道。
[0004]目前二氧化硅气凝胶应用的难点在于，其本身的强度较低，韧性较差，制备块状二氧化硅气凝胶还需进行溶剂置换、表面改性等流程，制备过程存在着化学过程毒性高、制备成本高、操作风险大等亟待解决的问题，且目前二氧化硅气凝胶常用的超临界干燥方式还存在高成本、高技术要求等问题，制备过程繁琐。因此，如何提供一种高强度、高韧性、制备简单的二氧化硅气凝胶，对于保温材料领域而言具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶及其制备方法，解决二氧化硅气凝胶由于自身强度低、制备成本高、操作风险大等缺陷，导致其难以作为微波窑用保温材料的问题。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将氮化硼气凝胶先浸渍于二氧化硅气凝胶前驱体溶液中，再浸渍于氨水/无水乙醇的混合溶液中进行缩聚反应，然后经过陈化、干燥，得到氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶。
[0009]进一步的，在所述氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法中，所述二氧化硅气凝胶前驱体溶液的制备方法为：将正硅酸乙酯、乙醇、水与盐酸混合，进行水解反应，得到二氧化硅气凝胶前驱体溶液；
[0010]其中，正硅酸乙酯、乙醇、水与盐酸中HCl的摩尔比为1～2：3～6：1～3：0.004～
0.04。
[0011]进一步的，在所述氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法中，所述水解反应在水浴条件下进行，所述水解反应的温度为60～70℃，所述水解反应的时间为1～2h。
[0012]进一步的，在所述氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法中，所述氨水/无水乙醇的混合溶液的pH为9～10，所述浸渍于二氧化硅气凝胶前驱体溶液中的时间为10～20min，所述浸渍于氨水/无水乙醇的混合溶液中的时间为10～30min。
[0013]进一步的，在所述氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法中，所述陈化在无水乙醇中进行，所述陈化的温度为水浴条件下25～60℃，所述陈化的时间为48～72h。
[0014]进一步的，在所述氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法中，所述干燥的方式为常压干燥或冷冻干燥，常压干燥的温度为70～80℃，常压干燥的时间为6～8h，冷冻干燥的温度为
‑
40～
‑
60℃，冷冻干燥的时间为48～96h。
[0015]进一步的，在所述氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法中，在所述陈化前还包括室温放置的过程，室温放置的时间为3～4h。
[0016]进一步的，在所述氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法中，所述氮化硼气凝胶的制备方法包括：将三聚氰胺、硼酸与溶剂混合，经冷冻干燥处理后，在真空或保护气氛下烧结，得到氮化硼气凝胶。
[0017]进一步的，在所述氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法中，所述溶剂为水、水与叔丁醇混合溶液中的任一种，所述三聚氰胺与所述硼酸的摩尔比为1～2：1～8；所述混合的温度为70～80℃，所述混合的时间为0.5～1h，所述保护气氛包括氩气、氮气中的任一种，所述烧结为热辐射烧结或微波烧结，所述烧结的温度为1000～1100℃，热辐射烧结的时间为2～4h，微波烧结的时间为5～10min。
[0018]本专利技术还提供了一种所述氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法制备得到的氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶。
[0019]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0020](1)氮化硼气凝胶是一种纤维状气凝胶，本专利技术将二氧化硅前驱体溶液充分浸渍在氮化硼气凝胶之上，将氮化硼气凝胶作为二氧化硅气凝胶的支撑骨架，改善了纯二氧化硅气凝胶制备过程中结构易塌陷等问题，浸渍后经碱催化缩聚凝胶并在乙醇溶液中陈化，再常压干燥即可制得氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶，在一定程度上简化了制备流程；
[0021](2)本专利技术所得氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶中，二氧化硅气凝胶较为充分包覆于氮化硼气凝胶纤维之上，保留了氮化硼气凝胶原有的微纳尺寸三维网格纤维结构，具有低密度、高孔隙率等优点，是一种潜在优异的隔热材料。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0023]图1为实施例1所得氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的SEM图；
[0024]图2为实施例1所得氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的实物图；
[0025]图3为实施例1步骤(1)所得氮化硼气凝胶及实施例1所得氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的XRD图；
[0026]图4为实施例1所得氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶利用酒精灯加热10min后的红外热成像图；
[0027]图5为实施例1所得氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶利用酒精灯加热20min后的红外热成像图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0029]将氮化硼气凝胶先浸渍于二氧化硅气凝胶前驱体溶液中，再浸渍于氨水/无水乙醇的混合溶液中进行缩聚反应，然后经过陈化、干燥，得到氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶。
[0030]上述氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶是将氮化硼气凝胶充分浸渍于二氧化硅气凝胶前驱体溶液当中，通过碱催化缩聚反应，使二氧化硅在氮化硼气凝胶纤维壁上生成，通过二者之间的静电作用进行自组装共价键反应，使二氧化硅气凝胶黏附在氮化硼气凝胶纤维表面，在氮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氮化硼气凝胶先浸渍于二氧化硅气凝胶前驱体溶液中，再浸渍于氨水/无水乙醇的混合溶液中进行缩聚反应，然后经过陈化、干燥，得到氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶。2.如权利要求1所述的氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅气凝胶前驱体溶液的制备方法为：将正硅酸乙酯、乙醇、水与盐酸混合，进行水解反应，得到二氧化硅气凝胶前驱体溶液；其中，正硅酸乙酯、乙醇、水与盐酸中HCl的摩尔比为1～2：3～6：1～3：0.004～0.04。3.如权利要求2所述的氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法，其特征在于，所述水解反应在水浴条件下进行，所述水解反应的温度为60～70℃，所述水解反应的时间为1～2h。4.如权利要求2或3所述的氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法，其特征在于，所述氨水/无水乙醇的混合溶液的pH为9～10，所述浸渍于二氧化硅气凝胶前驱体溶液中的时间为10～20min，所述浸渍于氨水/无水乙醇的混合溶液中的时间为10～30min。5.如权利要求4所述的氮化硼@二氧化硅复合陶瓷气凝胶的制备方法，其特征在于，所述陈化在无水乙醇中进行，所述陈化的温度为水浴条件下25～60℃，所述陈化的时间为48～72h。6.如权利要求1或5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇强，范冰冰，宋子杰，张锐，王海龙，邵刚，李红霞，刘国齐，王刚，宋博，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：