本發(fā)明涉及一種密封層的制備方法，特別涉及一種泡沫碳外表面密封層的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，泡沫碳材料大都采用聚合物為原料，如酚醛樹脂、聚氨酯等熱固性或熱塑性樹脂，所制備的泡沫碳呈玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)，密度和導(dǎo)熱率很低，可以用作絕熱材料使用，大多利用其多孔性，用作沖擊能量的吸收、催化劑的載體、多孔電極以及氣體的過濾等。其中包括三聚氰胺泡棉碳化泡沫碳，這一類型泡沫碳為柔性泡沫碳材料，具有高回彈性，孔隙率高達99％以上，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成大量中小孔結(jié)構(gòu)，其孔徑一般為10～50μm，比表面積高。盡管碳化后體積收縮率高達90％，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很好地繼承了三聚氰胺泡棉的三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，這也是由于三聚氰胺泡棉本身碳含量較低，根據(jù)三聚氰胺泡棉的化學(xué)式(C6N6H9O)計算得到含碳量僅39.8％。這種泡沫碳克服了泡沫碳脆性大的缺點，多孔結(jié)構(gòu)呈開孔形式，孔徑均勻細小，孔壁結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)玻璃態(tài)碳結(jié)構(gòu)，即非石墨化碳結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)熱系數(shù)較低，可以在1600℃下，真空或惰性氣氛中穩(wěn)定存在，并且高溫下導(dǎo)熱系數(shù)依然可觀。當(dāng)然，這種泡沫碳也由于其具有極高比表面積，也可以應(yīng)用于氧氣催化還原、超級電容器載體等領(lǐng)域。
雖然該三聚氰胺泡棉碳化泡沫碳質(zhì)量輕，密度低、隔熱性能好，但是為了進一步降低泡沫碳材料的導(dǎo)熱系數(shù)，需要使其內(nèi)部達到真空狀態(tài)，這樣可以避免泡沫碳內(nèi)部氣體熱傳導(dǎo)和熱對流，降低材料的導(dǎo)熱系數(shù)，同時還能有效防止高溫環(huán)境下有氧氣氛對碳材料的消耗。
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，對于碳泡沫在有氧環(huán)境中耐溫容限與力學(xué)性能提升有限。
申請?zhí)枮?01410391902.2的中國發(fā)明專利公開了一種填充SiO2氣凝膠的碳氣凝膠的制備方法，其特征在于包括下述順序的步驟：(1)碳氣凝膠的制備：以間苯二酚(R)和甲醛(F)為前驅(qū)體(摩爾比R∶F＝1∶2)，無水碳酸鈉為催化劑，碳泡沫骨架，制備以碳泡沫為基的碳氣凝膠。(2)碳氣凝膠表面酸處理：將H2O2∶NH3H2O∶H2O按照1∶1∶5的體積比例配成混合溶液，將上述碳氣凝膠浸入該混合溶液中，在90℃的水浴條件下保持1h。(3)SiO2前驅(qū)體溶液制備及碳氣凝膠浸入前驅(qū)體溶液老化、干燥得到填充二氧化硅氣凝膠的碳氣凝膠。該制備方法可靠，安全性能好，制得的復(fù)合氣凝膠既保持了氣凝膠的有益性能，又增強了氣凝膠的力學(xué)性能；復(fù)合凝膠表面疏水，不易吸收空氣中的水分，收縮性小。該專利提出了一種碳泡沫-氣凝膠復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，可以有效降低復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)，但是并沒有解決泡沫碳材料高溫有氧環(huán)境穩(wěn)定性。
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，旨在提供一種泡沫碳外表面密封層的制備方法，其特征在于，包括以下順序步驟：
(1)將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SiO2、ZrO2、TiO2陶瓷粉末按照1∶(0.1～0.5)∶(0～0.5)的摩爾比球磨混合均勻，球磨轉(zhuǎn)速300～800r/min，球磨時間24～36h，得到混合粉末；
(3)將六水氯化鎂加入到步驟(2)得到的混合粉末中，六水氯化鎂∶混合粉末＝1∶(10～20)，按照質(zhì)量比混合后，加入到有機溶劑中配成懸浮液，懸浮液中的固液濃度為2～10g/L，其中有機溶劑可以選擇無水乙醇和丙酮；
(4)將步驟(1)的泡沫碳作為負(fù)極，以石墨、鉑合金、不銹鋼、金屬鎳作為正極材料，在步驟(3)配好的懸浮液中在陰極泡沫碳外表面電泳沉積混合陶瓷粉末，電流密度為10～25mA/cm2，沉積時間為1～5min；
(5)將聚丙烯酸鈉溶液、無水乙醇、硅溶膠按照1∶(1～5)∶(10～20)的質(zhì)量比混合后，室溫下磁力攪拌30～60min混合均勻得到混合膠液，其中聚丙烯酸鈉溶液濃度為5～20g/L；
(6)將步驟(5)得到混合膠液均勻地涂抹于步驟(4)中處理過的泡沫碳材料外表面，然后在真空環(huán)境下，以1～10℃/min升溫至200～300℃，保溫3～5h后隨爐冷卻至室溫；
(7)重復(fù)步驟(6)3～8次，即可在泡沫碳外表面得到均勻致密的密封層材料。
本發(fā)明具有的優(yōu)點：1、密封層主要為氧化物組成，提高復(fù)合材料高溫抗氧化能力；2、復(fù)合材料內(nèi)部達到真空，提高復(fù)合材料的高溫隔熱性能；3、制備溫度低，工藝簡捷，周期短。
附圖說明
圖1為泡沫碳外表面密封層的制備方法技術(shù)路線圖
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(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
泡沫碳外表面摻雜TiO2密封層的制備方法：
(1)將泡沫碳浸入無水乙醇中，超聲振蕩清洗20min，取出后烘箱中110℃烘干備用；
(2)將SiO2、ZrO2、TiO2陶瓷粉末按照1∶0.5∶0.5的摩爾比球磨混合均勻，球磨轉(zhuǎn)速500r/min，球磨時間24h；
(3)將六水氯化鎂加入到步驟(2)得到的混合粉末中，六水氯化鎂∶混合粉末＝1∶10，按照質(zhì)量比混合后，加入到有機溶劑中配成懸浮液，懸浮液中的固液濃度為5g/L，其中有機溶劑可以選擇無水乙醇和丙酮；
(4)將步驟(1)的泡沫碳作為負(fù)極，以石墨作為正極材料，在步驟(3)配好的懸浮液中在陰極泡沫碳外表面電泳沉積混合陶瓷粉末，電流密度為15mA/cm2，沉積時間為1min；
(5)將聚丙烯酸鈉溶液、無水乙醇、硅溶膠按照1∶3∶10的質(zhì)量比混合后，室溫下磁力攪拌30min混合均勻得到混合膠液，其中聚丙烯酸鈉溶液濃度為10g/L；
(6)將步驟(5)得到混合膠液均勻地涂抹于步驟(4)中處理過的泡沫碳材料外表面，然后在真空環(huán)境下，以3℃/min升溫至280℃，保溫3h后隨爐冷卻至室溫；
(7)重復(fù)步驟(6)5次，即可在泡沫碳外表面得到均勻致密的密封層材料。
實施例2
泡沫碳外表面未摻雜TiO2密封層的制備方法：
(1)將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SiO2、ZrO2、TiO2陶瓷粉末按照1∶0.5∶0的摩爾比球磨混合均勻，球磨轉(zhuǎn)速500r/min，球磨時間24h；
(3)將六水氯化鎂加入到步驟(2)得到的混合粉末中，六水氯化鎂∶混合粉末＝1∶10，按照質(zhì)量比混合后，加入到有機溶劑中配成懸浮液，懸浮液中的固液濃度為5g/L，其中有機溶劑可以選擇無水乙醇和丙酮；
(4)將步驟(1)的泡沫碳作為負(fù)極，以石墨作為正極材料，在步驟(3)配好的懸浮液中在陰極泡沫碳外表面電泳沉積混合陶瓷粉末，電流密度為15mA/cm2，沉積時間為1min；
(5)將聚丙烯酸鈉溶液、無水乙醇、硅溶膠按照1∶3∶10的質(zhì)量比混合后，室溫下磁力攪拌30min混合均勻得到混合膠液，其中聚丙烯酸鈉溶液濃度為10g/L；
(6)將步驟(5)得到混合膠液均勻地涂抹于步驟(4)中處理過的泡沫碳材料外表面，然后在真空環(huán)境下，以3℃/min升溫至280℃，保溫3h后隨爐冷卻至室溫；
(7)重復(fù)步驟(6)5次，即可在泡沫碳外表面得到均勻致密的密封層材料。
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。