本發(fā)明涉及一種絕熱材料及其制備方法，特別涉及一種耐高溫泡沫增強SiO2氣凝膠絕熱材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
氣凝膠是近年來受到廣泛關(guān)注的一類多孔隔熱材料。氣凝膠的固相骨架由納米顆粒交聯(lián)而成，孔徑在幾納米至幾十納米之間，具有很高的比表面積，最常見的氣凝膠有SiO2、Al2O3及炭氣凝膠等。由于氣凝膠具有獨特的納米結(jié)構(gòu)，其熱傳導(dǎo)路徑均被明顯抑制，具有極低的熱導(dǎo)率，目前SiO2氣凝膠是導(dǎo)熱系數(shù)最低的氣凝膠材料，因此，SiO2氣凝膠的室溫?zé)釋?dǎo)率可低至0.012～0.020W/m·K，比傳統(tǒng)隔熱材料的性能優(yōu)異。雖然SiO2氣凝膠材料的熱導(dǎo)率很低，但是存在高脆性和低強度缺陷，極大地限制了SiO2氣凝膠的實際應(yīng)用。因此將氣凝膠與無機物或有機物進(jìn)行復(fù)合或交聯(lián)，可以制備具有較好力學(xué)和隔熱、磁學(xué)、催化等性能的復(fù)合SiO2氣凝膠材料，但密度和導(dǎo)熱系數(shù)也會有所增大。
柔性泡沫碳是一種碳素骨架和相互連通的孔腔組成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)多孔材料，碳原子之間以一定的成鍵方式相互連接，密度約為5～10mg/cm3。柔性泡沫碳具有密度低、熱性能優(yōu)異、熱導(dǎo)率低等優(yōu)點，既是一種極具潛力的隔熱材料。但柔性泡沫碳抗壓強度低，在嚴(yán)苛、復(fù)雜的氣動環(huán)境可靠性難以保證，因此，需要通過改性提高柔性碳泡沫的抗壓性能。碳化硅因具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，可在高達(dá)1000℃以上溫度工作，并且在氧化、還原等高溫環(huán)境下具有很好的抗腐蝕性、強度保持率。碳化硅晶須由于其特殊尺寸效應(yīng)，其導(dǎo)熱系數(shù)比塊體低了許多，同時在柔性碳泡沫內(nèi)部大孔隙填充碳化硅晶須不僅可以提高碳泡沫力學(xué)性能，并且內(nèi)部孔徑縮小從而降低導(dǎo)熱系數(shù)，可以作為SiO2氣凝膠的增強體。
申請?zhí)枮?01410157562.7的中國發(fā)明專利公開了一種彈性碳泡沫氧氣還原催化劑及其制備方法，其特征在于該彈性碳泡沫氧氣還原劑是在含微量氧條件下，直接高溫碳化三聚氰胺泡沫材料制備而成，通過該方法制備的彈性碳泡沫具有自支撐的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、良好的回彈性，優(yōu)異的氧氣還原催化性能，并且其氧氣還原性能和彈性可以通過調(diào)節(jié)微氧的濃度來調(diào)控。該專利是采用三聚氰胺泡沫熱解得到碳泡沫應(yīng)用于氧氣還原催化劑載體，與本專利應(yīng)用領(lǐng)域不相同，因此制備工藝以及材料結(jié)構(gòu)存在較大的差異。
申請?zhí)枮?01410743407.3的中國發(fā)明專利公開了一種耐高溫高強度SiC包覆碳泡沫復(fù)合隔熱材料及其制備方法，其特征在于該耐高溫高強度SiC包覆碳泡沫復(fù)合隔熱材料是一種由碳泡沫和碳化硅氣凝膠構(gòu)成；其空氣氣氛中耐溫性在690～700℃，比純碳泡沫材料提高了約100℃，表觀密度在0.4～0.6g/cm3，抗壓強度在11～15MPa，室溫?zé)釋?dǎo)率在0.4～0.6W/(m.K)。其制備方法是二氧化硅溶膠注入到碳泡沫材料的孔洞中，經(jīng)過溶膠-凝膠、老化和干燥得到碳泡沫增強的氧化硅氣凝膠復(fù)合隔熱材料，然后在惰性氛圍保護下進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚瑥亩苽涑鲆环N耐高溫高強度SiC包覆碳泡沫復(fù)合隔熱材料。該發(fā)明具有用料簡單和工藝簡捷的優(yōu)點，工藝過程操作簡單，容易實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。但是該制備方法得到的SiC包覆材料結(jié)構(gòu)疏松，致密性差，并且導(dǎo)熱系數(shù)很高，密度較大。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，旨在提供一種耐高溫泡沫增強SiO2氣凝膠絕熱材料，其特征在于，所述的耐高溫增強SiO2氣凝膠絕熱材料包括碳泡沫增強體、網(wǎng)格狀碳化硅納米線、SiO2氣凝膠，網(wǎng)格狀碳化硅納米線填充分割碳泡沫內(nèi)部孔隙空間，SiO2氣凝膠均勻填充于碳泡沫增強體，密度為0.05～0.15g/cm3，孔隙率大于90％。碳泡沫增強體為柔性碳泡沫，由三聚氰胺泡沫高溫?zé)峤獾玫?，網(wǎng)格狀碳化硅納米線，直徑為50～200nm。
本發(fā)明旨在提供一種耐高溫泡沫增強SiO2氣凝膠絕熱材料的制備方法，其特征在于，包括以下順序步驟：
(1)將三聚氰胺泡沫熱解得到的柔性泡沫碳浸入無水乙醇中，超聲振蕩清洗10～30min，取出后烘箱中100～120℃烘干備用；
(2)將六水硝酸鎳、無水乙醇按照1∶(10～50)的摩爾比配制硝酸鎳溶液；
(4)碳泡沫浸入硝酸鎳溶液中，浸漬4～10h；
(5)浸漬結(jié)束后烘干，放入氣相沉積爐中，化學(xué)氣相沉積碳化硅納米線，以三氯甲基硅烷為碳化硅氣源，氫氣為載氣，氬氣作為稀釋氣體，沉積溫度900～1100℃，沉積時間為1～3h，形成碳化硅-碳復(fù)合泡沫材料；
(6)采用氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量為10～20％的硅溶膠為SiO2氣凝膠硅源，將去離子水∶無水乙醇∶硅溶膠按體積分?jǐn)?shù)比為(1～1.5)∶(0.5～1)∶1混合攪拌，將碳化硅-碳復(fù)合泡沫浸入混合液中，調(diào)節(jié)PH至6～8進(jìn)行膠凝反應(yīng)；
(7)膠體進(jìn)行老化，老化液為正硅酸乙酯與無水乙醇的混合液，正硅酸乙酯與無水乙醇體積比為1∶2～5，老化時間30～50h；
(8)經(jīng)過溶劑置換-表面修飾-溶劑置換后，得到復(fù)合泡沫增強的SiO2濕凝膠；
(9)常壓下梯度干燥，梯度干燥工藝為60～80℃保溫1～2h，90～100℃保溫1～2h，120～140℃保溫1～2h，即可得到耐高溫泡沫增強SiO2氣凝膠絕熱材料。
本發(fā)明具有的優(yōu)點：1、網(wǎng)狀SiC納米線支撐碳骨架，提高復(fù)合材料力學(xué)性能；2、碳化硅納米線降低泡沫孔徑，降低材料的熱導(dǎo)率；3、復(fù)合材料整體密度超低。
附圖說明
圖1為耐高溫增強SiO2氣凝膠絕熱材料結(jié)構(gòu)示意圖
[10]為柔性碳泡沫；[20]為碳化硅晶須；[30]為SiO2氣凝膠。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定。
實施例1
(1)將三聚氰胺泡沫熱解得到的柔性泡沫碳浸入無水乙醇中，超聲振蕩清洗30min，取出后烘箱中100℃烘干備用；
(2)將六水硝酸鎳、無水乙醇按照1∶20的摩爾比配制硝酸鎳溶液；
(4)碳泡沫浸入硝酸鎳溶液中，浸漬10h；
(5)浸漬結(jié)束后烘干，放入氣相沉積爐中，化學(xué)氣相沉積碳化硅納米線，以三氯甲基硅烷為碳化硅氣源，氫氣為載氣，氬氣作為稀釋氣體，沉積溫度1100℃，沉積時間為2h，形成碳化硅-碳復(fù)合泡沫材料；
(6)采用氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量為15％的硅溶膠為SiO2氣凝膠硅源，將去離子水∶無水乙醇∶硅溶膠按體積分?jǐn)?shù)比為1.5∶1∶1混合攪拌，將碳化硅-碳復(fù)合泡沫浸入混合液中，調(diào)節(jié)PH至7進(jìn)行膠凝反應(yīng)；
(7)膠體進(jìn)行老化，老化液為正硅酸乙酯與無水乙醇的混合液，正硅酸乙酯與無水乙醇體積比為1∶2，老化時間40h；
(8)經(jīng)過溶劑置換-表面修飾-溶劑置換后，得到復(fù)合泡沫增強的SiO2濕凝膠；
(9)常壓下梯度干燥，梯度干燥工藝為80℃保溫1h，100℃保溫2h，120℃保溫2h，即可得到耐高溫泡沫增強SiO2氣凝膠絕熱材料。
實施例2
(1)將三聚氰胺泡沫熱解得到的柔性泡沫碳浸入無水乙醇中，超聲振蕩清洗30min，取出后烘箱中100℃烘干備用；
(2)將六水硝酸鎳、無水乙醇按照1∶10的摩爾比配制硝酸鎳溶液；
(4)碳泡沫浸入硝酸鎳溶液中，浸漬10h；
(5)浸漬結(jié)束后烘干，放入氣相沉積爐中，化學(xué)氣相沉積碳化硅納米線，以三氯甲基硅烷為碳化硅氣源，氫氣為載氣，氬氣作為稀釋氣體，沉積溫度1100℃，沉積時間為2h，形成碳化硅-碳復(fù)合泡沫材料；
(6)采用氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量為15％的硅溶膠為SiO2氣凝膠硅源，將去離子水∶無水乙醇∶硅溶膠按體積分?jǐn)?shù)比為1.5∶1∶1混合攪拌，將碳化硅-碳復(fù)合泡沫浸入混合液中，調(diào)節(jié)PH至7進(jìn)行膠凝反應(yīng)；
(7)膠體進(jìn)行老化，老化液為正硅酸乙酯與無水乙醇的混合液，正硅酸乙酯與無水乙醇體積比為1∶2，老化時間40h；
(8)經(jīng)過溶劑置換-表面修飾-溶劑置換后，得到復(fù)合泡沫增強的SiO2濕凝膠；
(9)常壓下梯度干燥，梯度干燥工藝為80℃保溫1h，100℃保溫2h，120℃保溫2h，即可得到耐高溫泡沫增強SiO2氣凝膠絕熱材料。
上述僅為本發(fā)明的兩個具體實施方式，但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進(jìn)行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護的范圍的行為。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何形式的簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。