本发明专利技术提供一种低密度耐高温SiO2-MxOy复合氧化物气凝胶隔热材料的制备方法，其步骤包括：（1）将正硅酸甲酯或正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、盐酸或硝酸按一定摩尔比混合，经蒸馏分离后，得到部分水解的硅酯作为硅源前驱体；（2）取硅源前驱体、去离子水、有机溶剂混合均匀；（3）在混合溶液中加入纳米氧化物粉体MxOy，搅拌分散均匀；（4）在混合溶液中加入氨水，形成SiO2-MxOy复合凝胶胶或纤维增强复合凝胶；（5）将上述复合凝胶在乙醇溶液中老化；（6）将老化后的复合凝胶放入高压釜中，进行超临界干燥，得到SiO2-MxOy复合气凝胶材料。本发明专利技术方法简单方便，能够提高材料的耐高温性能，该复合气凝胶材料在高温隔热领域具有潜在的应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无机材料领域，具体涉及ー种低密度耐高温氧化物复合气凝胶隔热材料的制备方法。该复合气凝胶隔热材料可应用于航天飞行器热防护系统以及热电池保护套等高温隔热领域。
技术介绍
近年来，航天技术飞速发展，各类新型飞行器的飞行速度不断提高，飞行时间也越 来越长，导致气动加热异常严酷，飞行器表面温度升高。为保护飞行器有效载荷及内部仪器设备安全，必须采用轻质、耐高温的高效隔热材料阻止热量向飞行器内部传递。通常使用的隔热材料包括隔热瓦、陶瓷纤维毡等，但其性能已不能满足新型高超声速飞行器的隔热要求，因此研制具有耐高温、热导率低的轻质隔热材料势在必行。SiO2气凝胶是ー类受到广泛关注的隔热材料，是由高度交联的无机凝胶经特殊干燥过程制备的多孔材料，孔径在几纳米至几十纳米之间，具有很高的比表面积。这种特殊的结构使SiO2气凝胶材料具有极低的热导率，如Aspen公司研制的气凝胶复合材料室温最低热导率可达O. 012ff/m · K。然而SiO2单组分气凝胶材料的使用温度不超过800°C，为改善其耐高温性能，在SiO2气凝胶中引入Al2O3等高温组分形成复合气凝胶，从而提高其使用温度。专利CN101792299A中公布了一种纤维增强的SiO2-Al2O3复合气凝胶隔热材料，分别配制SiO2和Al2O3溶胶，然后按一定比例将两者混合，最后将溶胶与增强纤维复合，经超临界干燥后得到纤维增强复和气凝胶隔热材料。NASA格林研究中心正在探索气凝胶材料在飞行器热防护领域的潜在应用，以AlCl3 ·6Η20和正硅酸甲酯为前驱体制备了 SiO2-Al2O3复合气凝胶，比表面积大于700m2/g ;并且经1050°C高温处理后，复合气凝胶仍保持部分多孔结构。Clapsaddle以MClx ·Η20和正硅酸甲酯为前驱体，有机环氧化物为助剂，制备了一系列娃基复合气凝胶(Journal of Non-Crystalline Solids, 2004, 350,173.),比表面积在10(T800m2/g 之间。目前，制备硅基复合气凝胶通常使用各种金属盐酸盐、硝酸盐或醇盐为前驱体，与硅源经水解、缩聚后形成凝胶，经老化、干燥后得到复合气凝胶。然而，金属盐酸盐、硝酸盐或醇盐的水解速率远大于硅源前驱体，甚至在空气中不能稳定存在，因此易导致溶胶不均匀，甚至在凝胶形成之前已经形成沉淀，破坏了气凝胶的微观结构，限制了气凝胶材料的实际应用。因此，寻找一种简单方便的复合气凝胶制备方法，使之具有均匀的微观结构，并提高其高温稳定性，对实现复合气凝胶在高温隔热材料领域的应用是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种低密度耐高温SiO2-MxOy复合氧化物气凝胶隔热材料的制备方法，其密度在O. 02、. 5g/cm3,耐温大于1000°C，微观结构均匀，能够提高材料的耐高温性能和隔热性能，在高温隔热领域具有潜在的应用价值。实现本专利技术目的技术方案ー种低密度耐高温SiO2-MxOy复合气凝胶隔热材料的制备方法，其包括如下步骤(I)将正硅酸甲酯或正硅酸こ酷、无水こ醇、去离子水、盐酸或硝酸按一定摩尔比混合均匀；其中，摩尔比为正硅酸甲酯或正硅酸こ酯无水こ醇去离子水盐酸或硝酸=I (I. 0 3· 2) (0. 8 2. O) (0. 005 O. 05);将上述混合溶液在80^150 °C回流8 48小吋，经蒸馏分离后，得到部分水解的硅酯作为硅源前驱体；(2)取步骤(I)的硅源前驱体、去离子水、有机溶剂混合均匀；其中H2O与SiO2的摩尔比为(广4) :1，有机溶剂与SiO2的摩尔比为(O. 5^20):1 ;所述有机溶剂为无水こ醇、こ腈或丙酮；(3)在步骤(2)所得的混合溶液中加入纳米氧化物粉体MxOy,搅拌分散均匀，其中纳米氧化物粉体MxOy与SiO2的摩尔比为(O. 05^2) : I ；所述纳米氧化物粉体MxOy为Si02、A1203、ZrO2, TiO2和Cr2O3中的ー种或ー种以上 的混合物；纳米氧化物粉体的粒径为2 30nm ；(4)在步骤(3)所得混合溶液中加入氨水，搅拌均匀后，静置，直至形成SiO2-MxOy复合凝胶；其中氨水加入量为每IOOOmL步骤(3)所得的混合溶液加入氨水f 20mL ；或者将步骤(4)的溶液在凝胶前，转移至铺有陶瓷纤维或预制件的模具中，凝胶后形成纤维增强复合气凝胶；所述的陶瓷纤维或预制件为石英纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维或氧化锆纤维；(5)将步骤(4)所得上述SiO2-MxOy复合凝胶或纤维增强复合凝胶在こ醇溶液中老化24 72h，老化温度为25 60°C ；(6)将步骤(5)老化后的SiO2-MxOy复合凝胶或纤维增强复合凝胶放入高压釜中，以f 2°C /min速度升温至こ醇超临界点以上，进行超临界干燥，保温2h 6h后，释放压力，得到SiO2-MxOy复合气凝胶材料。如上所述的ー种低密度耐高温SiO2-MxOy复合气凝胶隔热材料的制备方法，其SiO2-MxOy复合气凝胶的密度为O. 02、· 5g/cm3，耐温高于1000°C。如上所述的ー种低密度耐高温SiO2-MxOy复合气凝胶隔热材料的制备方法，其步骤(3)所述的纳米氧化物粉体的粒径为5 10nm。本专利技术的效果在于本专利技术所述的低密度耐高温SiO2-MxOy复合气凝胶材料的制备方法，采用部分水解的硅酸酯为硅源，气相氧化硅、氧化铝、气相氧化钛、纳米氧化锆、纳米氧化铬、纳米氧化铁等为第二相，制备SiO2-MxOy复合气凝胶，通过控制纳米氧化物粉体的分散及凝胶过程，能够使纳米粉体均匀分散在SiO2骨架中，提高SiO2-MxOy复合气凝胶微观结构的均匀性和耐温性，且SiO2-MxOy复合气凝胶的耐高温性能明显优于SiO2单组分气凝胶。经老化、超临界干燥后获得具有均匀微观结构和高热稳定性的硅基复合气凝胶材料。SiO2-Al2O3复合气凝胶在1000°C的空气气氛中处理30min后，仍具有发达的多孔结构，比表面积高达550m2/g ；1200°C空气气氛中高温处理30min后，比表面积达152m2/g。通过控制纳米粉体的分散过程及凝胶速度，使纳米粉体均匀的嵌在SiO2凝胶骨架中，。本专利技术所述的低密度SiO2-MxOy复合氧化物气凝胶材料的制备方法，简单方便，能够提高材料的耐高温性能。所制备的SiO2-MxOy复合氧化物气凝胶材料微观结构均匀，耐温性能明显高于SiO2气凝胶材料。该复合气凝胶材料在高温隔热领域具有潜在的应用价值。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术所述的低密度耐高温SiO2-MxOy复合气凝胶隔热材料的制备方法作进ー步描述。实施例I(I)将200ml正硅酸こ酷、125ml无水こ醇、21ml去离子水、O. 5ml盐酸置于烧瓶中混合均匀；其中，摩尔比为正硅酸こ酯无水こ醇去离子水盐酸=I 2 1 :0. 01 ;将上述混合溶液在100°C回流16小时，经蒸馏分离后，得到部分水解的硅酯作为硅源前驱体；(2) 18. 5mL娃源前驱体、6. 5mL去离子水、75mL无水こ醇,搅拌混合均勻,其中H2O与SiO2的摩尔比为2 :1，无水こ醇与SiO2的摩尔比为7. 2 1 ；(3)在步骤(2)所得的混合溶液中加入粒径为7nm的SiO2粉体2g，搅拌分散均匀，其中纳米氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低密度耐高温SiO2？MxOy复合气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：（1）将正硅酸甲酯或正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、盐酸或硝酸按一定摩尔比混合均匀；其中，摩尔比为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯：无水乙醇：去离子水：盐酸或硝酸=1：（1.0~3.2）：（0.8~2.0）：（0.005~0.05）；将上述混合溶液在80~150℃回流8～48小时，经蒸馏分离后，得到部分水解的硅酯作为硅源前驱体；（2）取步骤（1）的硅源前驱体、去离子水、有机溶剂混合均匀；其中H2O与SiO2的摩尔比为（1~4）:1，有机溶剂与SiO2的摩尔比为（0.5~20）：1；所述有机溶剂为无水乙醇、乙腈或丙酮；（3）在步骤（2）所得的混合溶液中加入纳米氧化物粉体MxOy，搅拌分散均匀，其中纳米氧化物粉体MxOy与SiO2的摩尔比为（0.05~2）:1；所述纳米氧化物粉体MxOy为SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2和Cr2O3中的一种或一种以上的混合物；纳米氧化物粉体的粒径为2~30nm；（4）在步骤（3）所得混合溶液中加入氨水，搅拌均匀后，静置，直至形成SiO2？MxOy复合凝胶；其中氨水加入量为：每1000mL步骤（3）所得的混合溶液加入氨水1~20mL；或者将步骤（4）的溶液在凝胶前，转移至铺有陶瓷纤维或预制件的模具中，凝胶后形成纤维增强复合气凝胶；所述的陶瓷纤维或预制件为石英纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维或氧化锆纤维；（5）将步骤（4）所得上述SiO2？MxOy复合凝胶或纤维增强复合凝胶在乙醇溶液中老化24~72h，老化温度为25~60℃；（6）将步骤（5）老化后的SiO2？MxOy复合凝胶或纤维增强复合凝胶放入高压釜中，以1~2℃/min速度升温至乙醇超临界点以上，进行超临界干燥，保温2h～6h后，释放压力，得到SiO2？MxOy复合气凝胶材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡子君，李俊宁，孙陈诚，周洁洁，吴文军，王晓艳，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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