[发明专利]一种耐高温SiCOB气凝胶隔热复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种耐高温SiCOB气凝胶隔热复合材料，其特征在于耐高温SiCOB气凝胶隔热复合材料由耐高温无机陶瓷纤维与SiCOB气凝胶组成，耐高温SiCOB气凝胶隔热复合材料基体为SiCOB气凝胶，增强体为耐温性要求达到1500℃以上的无机陶瓷纤维；SiCOB气凝胶是一种由Si、C、O、B四种元素以任一组分组成的具有三维网络结构的固体材料，SiCOB气凝胶均匀填充在耐高温无机陶瓷纤维的空隙内；耐高温无机陶瓷纤维的体积百分含量占耐高温SiCOB气凝胶隔热复合材料的20～70％，SiCOB气凝胶的体积百分含量占耐高温SiCOB气凝胶隔热复合材料30-80％。

2.一种如权利要求1所述耐高温SiCOB气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，配制SiCOB前驱体溶胶：

将硅源、碳源、酸性催化剂在10-30℃下混合搅拌1～6小时，使其充分水解；再加入硼源搅拌2～8小时，使其发生缩聚反应，得到SiCOB前驱体溶胶，所述硅源、碳源、硼源、酸性催化剂的摩尔比为：1：0.1～10：0.05～2：0.0005～0.010；

所述硅源是一种四烷氧基硅烷Si(OR¹)₄，其中R¹是饱和或者非饱和的包含1-12个碳原子的基团；

所述碳源是一种结构式为R²_nSi(OR³)_4-n的有机硅氧烷，其中n＝1，2或者3，R²、R³代表一种或两种以上的不同结构饱和或者非饱和的包含1-6碳原子的基团，包括烷基、卤代烯烃基、芳基、烷芳基、芳烷基；

所述硼源是结构式为B(OR⁴)₃的正硼酸酯，其中R⁴代表一种或两种以上的不同结构饱和或者非饱和的包含1-12碳原子的基团；硼源或是结构式为R⁵_n B(OR⁶)_3-n的偏硼酸酯，其中n＝1或者2，R⁵、R⁶代表一种或两种以上的不同结构饱和或者非饱和的包含1-12碳原子的基团；

所述酸性催化剂是盐酸、硝酸、硫酸、草酸或乙酸；

第二步，制备纤维预制件：

设计纤维预制件表观密度范围为0.05～0.40g/cm³，即选用的无机陶瓷纤维表观密度范围为0.05～0.40g/cm³，采用质量＝密度×体积计算所需无机陶瓷纤维质量，纤维预制件的体积由模具决定；按计算所得的质量称取无机陶瓷纤维，按照模具的形状和规格对纤维进行铺排，使纤维排布方向垂直于隔热使用时的热流方向，然后用模具将铺排好的纤维夹持固定，获得纤维预制件；

所述无机陶瓷纤维种类是碳纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维以及上述纤维中的一种或者两种以上组合；

第三步，制备凝胶/纤维预制件混合体：

将第二步得到的纤维预制件放置在密封的浸渍罐中，抽真空，在真空状态下浸渍SiCOB前驱体溶胶，缓慢加入SiCOB前驱体溶胶，待SiCOB前驱体溶胶完全浸入纤维预制件，打开阀门使得容器内的压力变为常压，在10-30℃下静置2～30小时后，纤维预制件中的SiCOB前驱体溶胶变成凝胶，得到凝胶/纤维预制件混合体；

第四步，凝胶/纤维预制件混合体老化：

将凝胶/纤维预制件混合体进行密封，室温静置，达到老化的目的，老化时间为0.5～7天；

第五步，超临界干燥处理凝胶/纤维预制件混合体：

将第四步得的凝胶/纤维预制件混合体进行超临界流体干燥处理，其中超临界流体干燥介质为乙醇、丙醇或异丙醇，将凝胶/纤维预制件混合体放入超临界流体干燥设备中，预充氮气，再加热至240～260℃，保温一段时间，再缓慢释放压力，最后以N₂冲扫，得到SiCOB有机前驱体气凝胶复合材料；

第六步，高温裂解SiCOB有机前驱体气凝胶复合材料：

将SiCOB有机前驱体气凝胶复合材料放进裂解炉中，充入流动的惰性气体，在惰性气氛保护下，升温至裂解温度，保温一段时间，使其裂解发生断键重排反应，最终生成具有Si-C-O、Si-O-B无定形网络结构和游离碳结构的SiCOB气凝胶隔热复合材料。