[发明专利]一种高强度耐高温块状C-AlN复合气凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于具有高温隔热特征无机纳米材料制备的技术领域，涉及一种高强度块状C-AlN复合气凝胶的制备方法，尤其采用一种CO₂超临界法制备高强度块状C-AlN复合气凝胶的方法。

背景技术

气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的一种纳米孔网络结构，是一种新型的多孔材料。气凝胶材料具有高的比表面积、高孔隙率、低折射率、低密度、强吸附性，而且在热学、光学、电学、声学等方面都表现出独特的性质。尤其，在热学方面，气凝胶的纳米多孔结构能够有效抑制固态热传导和气体传热，具有优异的隔热特性，是目前公认热导率最低的固态材料，因此，气凝胶作为一种轻质保温隔热材料在航天航空、化工、冶金、节能建筑等领域具有广阔的应用前景。

虽然气凝胶材料具有诸多的优良性能，但本身的脆性问题以及耐高温性能（大于1000℃）大大限制了其工作条件。氮化铝（AlN）类属金刚石氮化物，最高可稳定在2200℃，室温强度高，而且随温度的升高强度下降较慢。AlN材料还是电绝缘体，介电性能良好，用作电器元件也很有希望。C-AlN复合气凝胶保持了气凝胶原有的优良特性，而且AlN材料的参杂大大提高了整体气凝胶的强度和耐高温性能，进一步提高了气凝胶材料的应用领域。

发明内容

本发明的目的是为了改善目前所研究的硅、铝等复合体系气凝胶强度较低、高温热稳定性差等缺点而提供一种具有高强度、耐高温1500℃以上的高强度块状C-AlN复合气凝胶的制备方法。

本发明的技术方案为：一种高强度耐高温块状C-AlN复合气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：

（1）将结晶氯化铝、蒸馏水、无水乙醇、环氧丙烷均匀搅拌，得到澄清的氧化铝溶胶溶液；

（2）向步骤（1）制得的氧化铝溶胶溶液中加入甲醛，简称R、间苯二酚，简称F，搅拌均匀，得到RF/Al₂O₃复合气凝胶溶胶溶液；

（3）将步骤（2）中的RF/Al₂O₃复合气凝胶溶胶溶液倒入模具中反应至凝胶；

（4）向步骤（3）制得的凝胶中加入老化液，进行老化置换处理；

（5）将步骤（4）中老化置换处理好的湿凝胶放置60～75℃烘箱老化5～10d，取出；再进行干燥处理；

（6）将步骤（5）中干燥处理好的样品在氮气条件下进行热处理，得到高强度耐高温块状C-AlN复合气凝胶；

其中：步骤（1）中，结晶氯化铝、蒸馏水、无水乙醇、环氧丙烷摩尔比为=1：(50～70)：(20～30)：(8～13)；步骤（2）中，按结晶氯化铝：间苯二酚：甲醛摩尔比为：（1～5）：1：2。

优选步骤（3）中反应至凝胶的时间为2～10h；优选步骤（4）中所述的老化液至少为无水乙醇或去离子水中一种；老化置换处理过程中老化液置换次数为3～5次，每次置换时间为12～24h；优选步骤（5）中所述的干燥处理为CO₂超临界干燥法；其中CO₂超临界干燥法采用CO₂气体保护，反应温度为45～50℃，高压反应釜压力控制在8～12MP，反应时间为2～3d；优选步骤（6）中所述的热处理温度在1500～1700℃之间，热处理时间为1h～10h。

有益效果：

1、本发明采用超临界干燥技术制备出RF/Al₂O₃复合块状气凝胶，在经过高温热处理得到高强度耐高温块状C-AlN复合气凝胶。首先通过溶胶凝胶法制备出RF/Al₂O₃复合气凝胶湿凝胶体系，再利用超临界干燥技术制备出孔隙均匀（通过例1所制备的高强度耐高温块状C-AlN复合气凝胶的SEM照片可以看出），再进行样品的高温热处理得到高强度耐高温块状C-AlN复合气凝胶，其比表面积较大（以Al、R摩尔比1：1为例，比表面积为500～600m²/g）、强度高（以Al、C摩尔比1：1为例，热处理时间为2h，密度为0.16g/cm³，压缩强度高达4-6MPa，远远超过了Si、Al体系以及纤维增强气凝胶的压缩强度）。此方法制备的高强度耐高温块状C-AlN复合气凝胶不需要多余的繁琐步骤，制备过程简单容易操作。