[发明专利]一种低热导率的萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法

权利要求书

1.一种低热导率的萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体，其特征在于：所述萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体为五组元高熵气凝胶粉体，以无机铈盐、无机锆盐、无机铪盐及无机镨盐为基础原料，采用过渡金属元素的醇盐作为离子源，添加结构支撑剂和凝胶诱导剂，利用溶胶-凝胶法制得湿凝胶，再用常压干燥法获得室温下熵稳定的五组分氧化物气凝胶粉体，高温热处理后制备出高熵陶瓷气凝胶粉体；其中所述结构支撑剂为甲酰胺，所述凝胶诱导剂为环氧丙烷；所述过渡金属元素的醇盐为La的醇盐、Ti的醇盐、Cr的醇盐、Y的醇盐、Mn的醇盐、Mo的醇盐中的任意一种。

2.制备权利要求1所述的低热导率的萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体的方法，其特征在于：步骤如下：

（1）溶液A的制备：将无机锆盐、无机铪盐与去离子水和无水乙醇混合均匀，再依次加入乙酰乙酸甲酯和乙酸，其摩尔比为无机锆盐：无机铪盐：去离子水：无水乙醇：乙酸：乙酰乙酸甲酯=1.0：1.0：（1.0~3.0）：（1.0~2.0）：（0.005~0.03）：（0.1~0.5）；混合溶液充分搅拌4~6h后制得溶液A；

（2）溶液B的制备：将无机铈盐、无机镨盐与去离子水和无水乙醇混合均匀，再依次加入乙酰乙酸甲酯和乙酸，其摩尔比为无机铈盐：无机镨盐：去离子水：无水乙醇：乙酸：乙酰乙酸甲酯=1.0：1.0：（1.0~3.0）：（1.0~2.0）：（0.005~0.03）：（0.1~0.5）；混合溶液充分搅拌4~6h后制得溶液B；

（3）溶液C的制备：将过渡金属元素的醇盐与去离子水、无水乙醇、乙酸按比例混合均匀；其摩尔比为过渡金属醇盐：去离子水：无水乙醇：乙酸=1.0：（1.0~3.0）：（1.0~2.0）：（0.005~0.03）；混合溶液充分搅拌4~6 h后制得溶液C；

（4）混合溶液D的制备：取步骤（1）、步骤（2）、步骤（3）所制备的溶液A、溶液B、溶液C，混合后搅拌6~24 h使其均匀化且充分水解，逐滴加入结构支撑剂，其摩尔比为结构支撑剂：总金属离子=（0.5~1.5）：1；继续搅拌0.5h后得到混合溶液D；

（5）混合凝胶的制备与老化：搅拌下，以30滴/min的速度将凝胶诱导剂环氧丙烷PO加入到溶液D中，并持续搅拌0.5-2h，得到有色透明凝胶，然后在凝胶表面覆盖一层去离子水，密封，在30~70℃水浴中老化6~48 h，然后40~80℃水浴中老化24~72 h，得到有色湿凝胶；

（6）溶剂置换：取步骤（5）得到的有色湿凝胶加入乙醇中浸泡，进行6~48 h的溶剂置换，其中乙醇的浓度为30%，50%，70%，无水乙醇；

（7）改性与干燥：用正己烷和表面改性剂按比例配置成改性液，对溶剂置换后的湿凝胶进行改性，改性时间为12~24 h，期间更换1~3次改性液；将改性后的凝胶在50~120℃下常压阶梯温度干燥6~24h，得到五组分氧化物气凝胶的前驱体粉末；其中表面改性剂为三甲基氯硅烷、六甲基二硅氧烷、二甲基二氯硅烷中的任意一种；比例为正己烷：表面改性剂=1.0：（0.5~1.5）；

（8）热处理：将干燥后的气凝胶置于马弗炉中，在600~1300℃下进行煅烧，升温速率为3~8℃/min，煅烧2~5 h，得到室温下稳定萤石结构的五组分高熵陶瓷气凝胶粉体。

3.根据权利要求2所述的制备低热导率的萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体的方法，其特征在于：所述无机锆盐、无机铪盐、无机铈盐、无机镨盐为水合硝酸锆、水合硝酸铪、水合硝酸铈、水合硝酸镨；所述过渡金属元素的醇盐为La的醇盐、Ti的醇盐、Cr的醇盐、Y的醇盐、Mn的醇盐、Mo的醇盐中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的制备低热导率的萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体的方法，其特征在于：所述溶液A、溶液B、溶液C混合的时候，溶液A、B、C按阳离子数等摩尔比混合，结构支撑剂为甲酰胺、乙二醇、丙三醇中的任意一种。

5.根据权利要求2所述的制备低热导率的萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体的方法，其特征在于：步骤（6）中湿凝胶与乙醇的体积比为1.0：（0.3~0.5）且乙醇均匀覆盖在湿凝胶表面。