[发明专利]一种耐高温的莫来石型气凝胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐高温的莫来石型气凝胶复合材料及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1，将硅源、铝源和钛源分别进行水解，得到硅溶胶、铝溶胶和钛溶胶；S2，将所述硅溶胶、铝溶胶和钛溶胶按照预设体积比进行复合，形成复合溶胶；S3，将复合溶胶静置凝胶后得到得到复合凝胶，将所述复合凝胶干燥后得到所述气凝胶材料；或，将纤维卷材或预制件浸渍在所述的复合溶胶中，静置凝胶后得到湿凝胶复合材料，并将所述湿凝胶复合材料干燥后，得到所述气凝胶材料。本发明通过制备硅铝钛三元复合溶胶，通过单组份稳定溶胶体系灵活调配配方，所有功能性成分均由活性纳米溶胶例子进行复合，溶胶和凝胶性质均一、无相分离现象。

技术领域

本发明涉及溶胶-凝胶制备多元气凝胶技术领域，具体涉及一种耐高温的莫来石型气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术

气凝胶是由纳米骨架结构及其形成的孔隙组成的的多孔材料，具备极高的孔隙率(＞90％)。因气凝胶特殊的结构特征，能够有效的抑制热的传导和对流，是公认的隔热性能最好的固体材料(导热系数最低可至 0.007W/(m·K))，同时也被认为是未来最具潜力的材料之一。

随着航空航天事业以及高温熔炼技术等的发展，对保温隔热材料提出了越来越高的要求。传统的耐火纤维如硅酸铝纤维、莫来石纤维虽可满足耐温要求，但在高温段隔热效果方面已经难以满足实际应用的要求，导致了巨大的热量损失能源浪费，同时也可能造成热安全事故。因此开发优异性能的耐高温防火隔热保温材料为节约能源、改善工作环境，降低设备损耗、节约成本等具有重要意义。

二氧化硅气凝胶复合材料是研究和应用最为广泛的材料，成型性能好，强度适中，但由于二氧化硅气凝胶高温易烧结导致多孔结构坍塌，稳定性差，且高温段对红外几乎透明，因而，二氧化硅气凝胶一般用在低于700℃的环境中。氧化铝气凝胶导热系数低，耐温性能高，块状气凝胶可耐950℃不烧结，1050℃处理下4h，线性收缩率低于2％(US Patent6620458B2)，但氧化铝气凝胶材料成型难、强度低、脆性大、阻挡红外辐射能力差，限制了其在高温行业的应用。

掺入少量氧化物成分形成二元气凝胶材料，通过合理配制二者比例和调节掺杂方式，可有效抑制主体气凝胶材料高温烧结和结晶，提高气凝胶材料的热稳定性能。2011年美国NASA格林研究中心报道制备了Al:Si为8:1和 3:1的硅酸铝气凝胶，硅酸铝气凝胶的纳米孔结构在900℃没有明显变化， 1400℃下纳米孔结构仍旧能够保持。

专利CN102557710B报道了一种具有纳米孔结构的刚玉/莫来石复相陶瓷材料的制备方法。利用纳米氧化铝粉掺入硅溶胶中，经溶胶-凝胶、老化、溶剂置换、干燥等过程制备出铝硅复合气凝胶。

专利CN104844149A报道了本发明涉及一种莫来石纤维毡增强 Al₂O₃-SiO₂气凝胶复合隔热材料的制备方法。以正硅酸乙酯为硅源，无机铝盐为铝源，环氧化物为网络形成剂，经溶胶-凝胶、老化和超临界干燥后得到莫来石纤维毡增强SiO2-Al2O3气凝胶复合隔热材料。

高温环境下，热传递三要素中，红外辐射传热占主导地位。因此，红外遮蔽剂作为一种功能性填料，常用于添加到气凝胶中，以提高气凝胶的高温隔热性能。常用的红外遮蔽剂有碳化硅、二氧化钛、六钛酸钾晶须和锆石英 (红外遮蔽剂在耐高温高性能隔热材料中的应用)，形态为粉体，添加过程出现沉降容易导致成分不均，使最终性能不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种耐高温的莫来石型气凝胶复合材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种耐高温的莫来石型气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，将硅源、铝源和钛源分别进行水解，得到硅溶胶、铝溶胶和钛溶胶；

S2，将所述硅溶胶、铝溶胶和钛溶胶按照预设体积比进行复合，形成复合溶胶；