一种耐高温高强度气凝胶隔热材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐高温高强度气凝胶隔热材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温高强度气凝胶隔热材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及气凝胶制备
，尤其涉及一种耐高温高强度气凝胶隔热材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]纳米多孔气凝胶
(
简称气凝胶
)
材料是一种分散介质为气体的凝胶材料，是由胶体粒子或高聚物分子相互聚积构成的一种具有网络结构的纳米多孔性固体材料，该材料中孔隙的大小在纳米数量级
。
其孔隙率可以高达
80
～
99.8
％，孔洞的典型尺寸为1～
100nm
，密度可低达
3kg/m3，室温导热系数低
。
正是由于这些特点使气凝胶材料在热学
、
声学
、
光学
、
微电子
、
粒子探测方面有很广阔的应用潜力
。
目前，应用气凝胶最广泛的领域仍然是隔热领域，由于气凝胶独特的纳米结构可以有效的降低对流传导
、
固相传导和热辐射
。
[0003]传统的气凝胶材料大多为纳米颗粒堆积成的珍珠项链状结构，在干燥过程中，往往需要超临界干燥过程实现，这大幅度增加了制备的周期和成本
。
此外，这种结构的气凝胶材料表现为脆性，实际应用中需要进行结构强化
。
然而，现有技术中的结构强化过程将带来密度增大
、
固相热导率增加且会增加工艺复杂程度等
。
此外，有一些骨架强壮化的方法制备气凝胶材料具有良好的结构强度，然而，这种方法往往需要复杂的高温烧结过程，以提升骨架尺寸来提高材料的强度，因此也会带来新的热导率高
、
脆性大等问题
。
随着科技的发展，各领域对气凝胶隔热材料的强度
、
耐温性
、
轻质性和
/
或隔热性能等提出了更高的要求
。
[0004]综上，非常有必要提供一种耐高温高强度气凝胶隔热材料及其制备方法
。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种耐高温高强度气凝胶隔热材料及其制备方法
。
[0006]本专利技术在第一方面提供了一种耐高温高强度气凝胶隔热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0007](1)
用水将氧化铝纳米粉
、
硅酸铝纤维
、
氧化铝纤维和酸性溶液混合均匀，得到混合液，然后将所述混合液置于
200
～
300℃
下进行水热反应，得到凝胶；所述酸性溶液为盐酸和
/
或硫酸溶液；所述混合液中含有的氧化铝纳米粉的质量分数为8～
20
％；
[0008](2)
将所述凝胶在水中浸泡6～
72h
，得到浸泡处理凝胶；
[0009](3)
将步骤
(2)
得到的浸泡处理凝胶进行常压干燥，得到气凝胶材料；
[0010](4)
将步骤
(3)
得到的气凝胶材料在空气气氛下进行热处理，制得耐高温高强度气凝胶隔热材料
。
[0011]优选地，所述混合液中还包含有二氧化钛粉；所述混合液中含有的二氧化钛纳米粉的质量分数为
0.5
～
10
％，优选为1～5％
。
[0012]优选地，所述混合液中含有硅酸铝纤维的质量分数为1～
15
％，优选为1～4％；和
/
或所述混合液中含有氧化铝纤维的质量分数为1～3％
。
[0013]优选地，所述硅酸铝纤维与所述氧化铝纤维的用量的质量比为
(1
～
3)
：1，优选为
2:1。
[0014]优选地，所述水热反应的时间为1～
48h
，优选为3～
12h。
[0015]优选地，所述常压干燥的温度为
25
～
80℃
，所述常压干燥的时间为
12
～
120h。
[0016]优选地，所述热处理的温度为
600
～
1000℃
，所述热处理的时间为
0.5
～
2h。
[0017]优选地，所述酸性溶液的浓度为
0.1
～
5mol/L
；和
/
或所述酸性溶液的用量占所述混合液的总质量的
0.3
～5％
。
[0018]优选地，所述耐高温高强度气凝胶隔热材料具有纳米带环绕的笼状结构
。
[0019]本专利技术在第二方面提供了由本专利技术在第一方面所述的方法制得的耐高温高强度气凝胶隔热材料
。
[0020]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0021](1)
本专利技术与传统珍珠项链状气凝胶材料相比，本专利技术制得的所述耐高温高强度气凝胶隔热材料为纳米带环绕的笼状纳米结构，孔隙率可以高达
95
％左右，具有超轻质特性，耐热温度可以达到
1200℃
以上，并且具有更佳的力学强度
。
[0022](2)
本专利技术方法采用水相作为反应介质，且无需超临界干燥过程和相对高温的热处理过程或者复杂的分步热处理过程，制备过程中避免了使用有机溶剂造成的环境污染和浪费，本专利技术在将凝胶在水中浸泡后，通过常压干燥和相对低温的热处理步骤即可直接得到所述耐高温高强度气凝胶隔热材料
。
[0023](3)
本专利技术的制备方法中的凝胶过程是一个水热过程，与传统的
RTM
打压注胶工艺不同，不受增强体的形状和尺寸限制，可以制备任意形状和厚度的气凝胶材料
。
[0024](4)
本专利技术的一些优选技术方案所制备的耐高温高强度气凝胶隔热材料由于含有均一的抗辐射剂二氧化钛纳米粉，其高温下具有非常优异的隔热性能
。
[0025](5)
本专利技术制备的耐高温高强度气凝胶隔热材料密度非常低，相比于其它相同强度的气凝胶材料，具有超低密度的特性；本专利技术方法制备的气凝胶材料在保持低热导率的前提下，还具有优异的耐高温性能，可以实现长时
1200℃
的隔热应用；本专利技术得到的是一种耐温性佳
、
高强
、
低密度且高温隔热性能好的耐高温高效特性的高强度气凝胶隔热材料
。
附图说明
[0026]图1是本专利技术一些具体实施方式的制备流程图
。
[0027]图2是本专利技术实施例1制得的耐高温高强度气凝胶隔热材料的
SEM
图
。
[0028]图3是本专利技术实施例2制得的耐高温高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种耐高温高强度气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)
用水将氧化铝纳米粉
、
硅酸铝纤维
、
氧化铝纤维和酸性溶液混合均匀，得到混合液，然后将所述混合液置于
200
～
300℃
下进行水热反应，得到凝胶；所述酸性溶液为盐酸和
/
或硫酸溶液；所述混合液中含有的氧化铝纳米粉的质量分数为8～
20
％；
(2)
将所述凝胶在水中浸泡6～
72h
，得到浸泡处理凝胶；
(3)
将步骤
(2)
得到的浸泡处理凝胶进行常压干燥，得到气凝胶材料；
(4)
将步骤
(3)
得到的气凝胶材料在空气气氛下进行热处理，制得耐高温高强度气凝胶隔热材料
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述混合液中还包含有二氧化钛粉；所述混合液中含有的二氧化钛纳米粉的质量分数为
0.5
～
10
％，优选为1～5％
。3.
根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述混合液中含有硅酸铝纤维的质量分数为1～
15
％，优选为1～4％；和
/
或所述混合液中含有氧化铝纤维的质量分数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恩爽，廖亚龙，许多，程飘，孔得力，李文静，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：