[发明专利]一种块状碳化硅气凝胶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于块状碳化物介孔材料的制备工艺领域，具体涉及一种块状碳化硅气凝胶材料及其制备方法。

背景技术

气凝胶是一种纳米颗粒相互聚集而成的纳米多孔材料，具有许多特殊的性质，如高比表面积、低密度、高孔隙率、低热导率，是目前发现的最轻、隔热效果最好的固体材料。在隔热领域，目前研究最多的是SiO₂气凝胶和炭气凝胶。SiO₂气凝胶及其复合材料的正常使用温度在600~800°C，800°C以上孔结构明显减少，材料趋于致密，1000°C以上孔结构完全消失。炭气凝胶虽然在惰性气氛中有良好的耐高温性能，但在空气气氛下使用温度一般不超过400°C。随着科技的发展，对隔热材料的要求越来越高，很多场合下需要材料在大气环境中达到1000°C以上甚至更高的耐温性，SiO₂气凝胶和炭气凝胶以无法满足应用的需求，需要开发一种可以耐更高温度的气凝胶材料。我们所申请的中国专利CN102343285A和CN102351506A报道了一种炭-硅复合气凝胶材料的制备方法，得到的炭-硅复合气凝胶材料在空气气氛中可以耐1000°C高温，但是无法满足更高的温度要求，而且该含碳材料在高温热流下不具有耐烧蚀特性。碳化硅（SiC）作为一种高熔点（2800°C）的材料，具有良好的高温和化学稳定性、抗热振性、低热膨胀系数、高硬度等特性，是一种潜在耐高温气凝胶材料基体。多孔SiC可以通过C-SiO₂复合物在高温下的碳热还原制备。然而，这些方法得到的大多是晶须或者纳米颗粒，大大限制了材料的应用，如我们所申请的中国专利CN102674355A和CN102674354A报道的一种介孔SiC材料的制备方法，该方法虽然简单实用，但是其得到的产物是SiC纳米粉。这是因为在碳热还原过程中，气相SiO中间体颗粒的聚集和形成破坏了前驱体初始的块状和多孔结构，所以块状碳化硅气凝胶材料较难制备，保持前驱体材料的结构不被破坏而得到块状碳化硅气凝胶材料是一项重要的关键技术。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术存在的不足而提供一种块状碳化硅气凝胶材料，本发明的另一目的是提供上述材料的制备方法，该方法用料和工艺简单，可以制备出块状碳化硅气凝胶材料。

本发明目的技术方案为：

一种块状碳化硅气凝胶材料，其特征在于其形态为灰绿色块体，成分为纯碳化硅，表观密度为0.200~0.300g/cm³，孔径分布在10~100nm，比表面积为130~330m²/g。

一种制备上述的碳化硅气凝胶材料的方法，其具体步骤如下：

（1）将苯二酚、甲醛、硅源、水、乙醇按摩尔比为1:2:（2~3）:（4~6）:（14~25）混合均匀，密封后置于20~25℃（室温）下进行溶胶-凝胶反应得到湿凝胶；

（2）将步骤（1）中得到的湿凝胶在40~70°C烘箱中老化4~24小时，将密封的湿凝胶取出后继续置于烘箱中常压干燥12~24小时得到块状RF-SiO₂复合气凝胶；

（3）将步骤（2）中得到的RF-SiO₂复合气凝胶置于管式炉中，在氩气保护下以1~2°C/min的升温速率升温到1500~1600°C，保温5~15小时后将温度降至500~600°C，然后将氩气替换为空气，保温2~4小时后冷却得到块状碳化硅气凝胶材料。

优选步骤（1）中所述的苯二酚为对苯二酚或邻苯二酚中的一种。

优选步骤（1）中所述的硅源为3-氨丙基三乙氧基硅烷与正硅酸四乙酯的混合物，其中正硅酸四乙酯摩尔数占混合物摩尔数的20%~80%。

有益效果：

本发明方法以及由该方法制备碳化硅气凝胶材料具有如下特点：

（1）工艺简单。本发明方法在何处过程中采用一锅法，在溶胶-凝胶过程中采用一步溶胶-凝胶法，干燥过程采用常压干燥而非超临界干燥，并且省去了溶剂置换过程，大大简化了工艺过程，降低了生产成本，增加了工艺的可操作性和可控性。

（2）设备简单，原料易得，成本低廉，容易实现规模化生产。

（3）相对于碳化硅粉末和晶须，块状碳化硅气凝胶材料应用范围更广，如作为隔热材料。另外，本发明制备的碳化硅材料还可用于高温催化、高温电子材料、抗辐射电子材料高频大功率器件等领域。

附图说明

图1是实例1制得的碳化硅气凝胶材料的实物照片。

图2是实例1制得的碳化硅气凝胶材料的SEM照片。