[发明专利]一种耐高温气凝胶及气凝胶型多孔陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气凝胶和多孔陶瓷的制备方法，特别涉及一种耐高温气凝胶及气凝胶型多孔陶瓷的制备方法。

背景技术

多孔陶瓷又被称为微孔陶瓷、泡沫陶瓷，具有三维立体网络骨架结构，于1978年首先在美国研制成功的。按孔径大小多孔陶瓷可分为:微孔陶瓷(孔径小于2nm)、介孔陶瓷(孔径介于2~50nm)和大孔陶瓷(孔径大于50nm)。多孔陶瓷首要特征是其多孔特性，制备的关键和难点是形成多孔结构。根据使用目的和对材料性能的要求不同，近年逐渐开发出许多不同的制备技术。其中应用比较成功，研究比较活跃的有：添加造孔剂工艺，颗粒堆积成型工艺，发泡工艺，有机泡沫浸渍工艺，溶胶凝胶工艺等传统制备工艺及孔梯度制备方法、离子交换法等新制备工艺。

溶胶凝胶法主要用来制备微孔陶瓷材料，特别是微孔陶瓷薄膜。这种方法一般采用无机盐或醇盐作先驱体，先驱体水解得到溶胶，再在多孔载体上凝结成由MOM键构成的无机聚合物凝胶膜。溶胶凝胶工艺可以制备孔径在纳米级、气孔分布均匀的多孔陶瓷薄膜，其最大的优越性在于可以方便地得到多种组成地复合膜，因此正成为无机分离膜制备领域工艺中最活跃地研究领域，引起了国内外众多研究人员的重视。奚红霞等采用异丙醇铝为原料，用溶胶凝胶技术制备出稳定性好、无针孔、无缺陷的Al2O3中孔膜，最小孔径可达8nm。樊栓狮等以正硅酸乙酯为原料用溶胶-凝胶技术制备出3nm孔径的二氧化硅陶瓷膜。

为制备大孔陶瓷，专利CN2009100718459公布了一种陶瓷气凝胶及通过凝胶注模成型制备陶瓷气凝胶的方法，将羟甲基丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺、丙烯酸等有机单体和聚(乙烯基乙二醇)双甲基丙烯酸等交联剂溶于溶剂，再加入陶瓷粉体和分散剂，调节pH值，混匀后得到悬浮液，然后向悬浮液中加入引发剂后搅拌均匀，在浇注模具型腔中进行交联固化，之后经过干燥、排胶、烧结制得陶瓷气凝胶。所得陶瓷气凝胶陶瓷气凝胶气孔率为50％～80％，孔径为微米级，最可几孔径在3μm以下。但是该专利方法中含有较多机物质，其排除机理为受热氧化或分解排除体外，形成孔洞，就会造成在热处理过程中，大量的有机物分解放出热量和气体，冲击骨架结构。

而孔径在20~50nm的多孔陶瓷，鲜有报道。

气凝胶以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，平均孔洞尺寸为20~50nm，密度可低达0.003g/cm3，气孔隙率高达80～99.8％，比表面积可达1000m2/g，耐热温度可达1300~1800℃，室温导热系数可低达0.013w/(m·k)，是迄今为止最轻的固体和绝热性能最好的材料。但是气凝胶强度和韧性等力学性能一般较差，在外力作用下气孔易坍塌破碎。在一定温度下进行热处理可以较好地改善气凝胶的力学性能。但是热处理温度一般不超过500℃，如果热处理温度过高，纳米级孔洞将会发生坍塌而导致气凝胶完全致密化。因此造成气凝胶的使用温度不高，即使经过热处理，它的使用温度也很难超过1000℃。

为克服原有多孔陶瓷制备技术的不足，以及改善原有气凝胶材料的耐高温性能，特提出本发明方案。

发明内容

为克服传统气凝胶高温下孔洞塌落，本发明提出了一种耐高温气凝胶的制备方法，制备过程包括以下步骤：

（1）向溶胶中添加耐高温粉体或晶须，混合均匀制得前驱体；

（2）用酸或碱调节前驱体的PH值，直接形成凝胶，或浸润纤维后形成凝胶；

（3）对凝胶进行老化；

（4）对凝胶进行溶剂置换或改性；

（5）对凝胶进行干燥，获得气凝胶。

在上述发明的基础上，本发明进一步提出了一种气凝胶型多孔陶瓷的制备方法，制备过程包括以下步骤：

（1）向溶胶中添加耐高温粉体或晶须，混合均匀制得前驱体；

（2）用酸或碱调节前驱体的PH值，直接形成凝胶，或浸润纤维后形成凝胶；

（3）对凝胶进行老化；

（4）对凝胶进行溶剂置换或改性；

（5）对凝胶进行干燥，获得气凝胶；

（6）对气凝胶进行烧结，获得气凝胶型多孔陶瓷。