CN110483081B - 一种耐高温纳米隔热材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温纳米隔热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐高温纳米隔热材料及其制备方法。所述方法为：将纳米粉体与粉体表面修饰剂混合均匀，使粉体表面修饰剂包覆在纳米粉体的表面，得原位修饰的粉体；粉体表面修饰剂选自硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、锆溶胶、硅锆溶胶中的一种或多种；将原位修饰的粉体与有机高分子复合，经真空裂解得碳层修饰的粉体；有机高分子为蔗糖溶液和/或聚甲基丙烯酰胺溶液；将碳层修饰的粉体、无机纤维和添加物混合均匀，得到混合料；将混合料进行铺料和模压，制得耐高温纳米隔热材料。本发明方法通过原位修饰包覆纳米颗粒表面，在纳米颗粒之间形成阻隔屏障，表面由惰性碳层隔断，增大了骨架结构高温下发生烧结长大的难度，实现了纳米隔热材料耐温性的提升。

Description

一种耐高温纳米隔热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能复合材料技术领域，尤其涉及一种耐高温纳米隔热材料及其制备方法。
背景技术
目前，纳米隔热材料主要由纳米颗粒、无机纤维和遮光剂等添加物组成，是一种纳米孔结构块体材料，模压成型法是制备纳米隔热材料的主要方法之一，包括的步骤主要有纤维/纳米粉体颗粒的混合、混合物模压成型等步骤。虽然构成隔热材料骨架的纳米颗粒表面活性位点较少，但较小粒径的纳米颗粒(纳米颗粒一次粒径几纳米至几十纳米)在高温下容易发生烧结长大，引起构筑的三维网络骨架发生坍塌破坏，材料性能下降明显，在高温下隔热性能也会发生急剧下降的问题。
目前以纳米二氧化硅颗粒构筑的纳米隔热材料最高耐温不超过1100℃，以纳米氧化铝颗粒构筑的纳米隔热材料最高耐温不超过1200℃，以纳米氧化锆颗粒构筑的纳米隔热材料最高耐温也不超过1200℃。而二氧化硅材料熔点超过1700℃，氧化铝和氧化锆熔点更是在2000℃以上，但由这些材料的纳米颗粒构筑的纳米隔热材料耐温性能却远低于材料的熔点，主要还是由于纳米颗粒高温下发生了烧结长大。因此，抑制纳米颗粒在高温下发生烧结长大现象的发生是提升纳米隔热材料耐温性的有效途径。
针对上述问题，非常有必要提供一种新的耐高温纳米隔热材料及其制备方法。
发明内容
为了解决现有技术中纳米隔热材料存在的耐温性不够的技术问题，本发明提供了一种耐高温纳米隔热材料及其制备方法。
本发明在第一方面提供了一种耐高温纳米隔热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将纳米粉体与粉体表面修饰剂混合均匀，使得所述粉体表面修饰剂均匀包覆在所述纳米粉体的表面，得到原位修饰的粉体；所述粉体表面修饰剂选自硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、锆溶胶、硅锆溶胶中的一种或多种；
(2)将所述原位修饰的粉体与有机高分子复合，再经真空裂解，得到碳层修饰的粉体；所述有机高分子选自由蔗糖溶液和聚甲基丙烯酰胺溶液组成的组；
(3)将所述碳层修饰的粉体、无机纤维和添加物混合均匀，得到混合料；
(4)将所述混合料进行铺料和模压，制得耐高温纳米隔热材料。
优选地，所述纳米粉体选自纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化铁中的一种或多种；所述无机纤维为陶瓷纤维，所述陶瓷纤维选自石英纤维、氧化铝纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、高硅氧纤维、玄武岩棉纤维中的一种或多种；和/或所述添加物选自碳化硅、钛酸钾晶须、氮化硅、二氧化钛、碳粉中的一种或多种。
优选地，所述纳米粉体的粒径为1～50nm；所述粉体表面修饰剂的粒径为0.5～10nm，和/或所述粉体表面修饰剂的浓度为0.5～5wt％；所述有机高分子的浓度为0.5～10wt％；和/或所述无机纤维的直径为1～10um。
优选地，所述粉体表面修饰剂的用量为所述纳米粉体的用量的1～6wt％。
优选地，所述模压的压强为0.5～20MPa，所述模压的速度为0.1～50mm/s；和/或所述真空裂解的温度为900～1200℃，所述真空裂解的时间为0.5～2小时。
优选地，所述方法还包括在步骤(4)中，将制得的耐高温纳米隔热材料进行保压的步骤：所述保压的压强与所述模压的压强相同，所述保压的时间为0.5～60min。
优选地，在步骤(1)中：在将所述纳米粉体与所述粉体表面修饰剂混合均匀之前，先将所述纳米粉体与微米粉体混合均匀，得到微纳粉体，然后将所述微纳粉体与所述粉体表面修饰剂混合均匀，使得所述粉体表面修饰剂均匀包覆在所述微纳粉体的表面，得到所述原位修饰的粉体。
优选地，所述微米粉体的粒径为1～10um；和/或所述微米粉体的用量为所述纳米粉体的用量的10～50wt％。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的耐高温纳米隔热材料。
优选地，所述耐高温纳米隔热材料的密度为0.15～0.80g/cm3，室温导热系数为0.020～0.055W/m·K。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明方法通过在纳米粉体颗粒表面包覆第二相纳米材料，在纳米颗粒之间形成阻隔屏障，然后使得第一次原位修饰的粉体进一步被蔗糖等有机高分子包覆，真空裂解形成表面碳层保护的粉体，再与无机纤维和添加物搅拌混合形成纤维/粉体物料(混合料)，经过铺料、压制(模压)后得到所述耐高温纳米隔热材料；在本发明中，通过原位修饰包覆纳米颗粒表面，在纳米颗粒之间形成阻隔屏障能够抑制颗粒高温烧结长大，同时所述原位修饰的粉体表面由惰性碳层隔断形成碳层修饰的粉体，能够避免颗粒间的第一层修饰物高温下熔合长大，实现了纳米隔热材料耐温性能的提升，从根本上提升了纳米隔热材料的高温结构的稳定性。
(2)本发明的一些优选实施方案中，首先通过将所述纳米粉体与微米粉体混合均匀，得到微纳粉体，通过合理设计微米粉体与纳米粉体的尺寸规格、质量配比，实现微纳粉体在微观结构上的互穿，进一步保证提升了纳米隔热材料的高温结构稳定性；然后将所述微纳粉体与粉体表面修饰剂混合均匀，使得所述粉体表面修饰剂均匀包覆在所述微纳粉体的表面，在所述微纳粉体颗粒之间形成阻隔屏障，然后使得原位修饰的粉体表面由惰性碳层隔断，增大了骨架结构高温下发生烧结长大的难度，从而进一步保证纳米隔热材料耐温性的提升。
(3)本发明制备的耐高温纳米隔热材料具有热导率低、高温稳定性更好等优点。
(4)本发明制备的耐高温纳米隔热材料原位实现纳米颗粒的表面包覆，操作简单，能够便捷的实现对材料性能的调控。
(5)本发明中耐高温纳米隔热材料组份的设计思路，可用于其它纤维粉体类复合材料性能的设计，具有普适性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明在第一方面提供了一种耐高温纳米隔热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将纳米粉体与粉体表面修饰剂混合均匀，使得所述粉体表面修饰剂均匀包覆在所述纳米粉体的表面，得到原位修饰的粉体；所述粉体表面修饰剂选自硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、锆溶胶、硅锆溶胶中的一种或多种；在本发明中，也将所述纳米粉体记作纳米颗粒或纳米粉体颗粒；本发明对硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、锆溶胶、硅锆溶胶没有特别的要求，采用现有的硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、锆溶胶、硅锆溶胶即可；在本发明中，所述粉体表面修饰剂的粒径例如可以为0.5～10nm，和/或所述粉体表面修饰剂的浓度例如可以为0.5～5wt％；
(2)将所述原位修饰的粉体与有机高分子复合，再经真空裂解，得到碳层修饰的粉体；所述有机高分子选自由蔗糖溶液和聚甲基丙烯酰胺溶液组成的组；即在本发明中，所述有机高分子可以为蔗糖溶液和/或聚甲基丙烯酰胺溶液；
(3)将所述碳层修饰的粉体、无机纤维和添加物混合均匀，得到混合料(纤维/粉体物料)；
(4)将所述混合料进行铺料和模压(模压组装)，制得耐高温纳米隔热材料；在所述铺料的过程中，要保证模具中铺料均匀。
本发明方法通过原位修饰包覆纳米颗粒表面，所述粉体表面修饰剂与所述纳米粉体实现了原位包覆，在纳米粉体表面包覆了第二相纳米材料，在纳米颗粒表面形成物理阻隔屏障，避免了纳米颗粒互相接触，增大了同种颗粒接触面烧结熔合位阻，能够抑制颗粒高温烧结长大，同时所述原位修饰的粉体的表面由惰性碳层隔断形成碳层修饰的粉体，能够避免颗粒间的第一层修饰物高温下熔合长大，进一步增大了纳米颗粒高温烧结长大的难度，从根本上提高了材料的高温稳定性，随后通过铺料、压制成型得到了更高耐温的所述耐高温纳米隔热材料。本发明中模压组装制备出的耐高温纳米隔热材料，无层间裂纹产生，厚度方向密度偏差在5％以内。
根据一些优选的实施方式，所述混合料由以重量百分比计为60～85％(60％、65％、70％、75％、80％或85％)的所述碳层修饰的粉体、10～25％(10％、15％、20％或25％)的无机纤维和4～15％(例如4％、5％、8％、10％、12％或15％)的添加物组成；在这配比下的所述混合料可以更有效地保证铺料的均匀性，并且更有利于制得综合性能更优异的所述耐高温纳米隔热材料。
根据一些优选的实施方式，所述纳米粉体选自纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化铁中的一种或多种；所述无机纤维为陶瓷纤维，所述陶瓷纤维选自石英纤维、氧化铝纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、高硅氧纤维、玄武岩棉纤维中的一种或多种；和/或所述添加物选自碳化硅、钛酸钾晶须、氮化硅、二氧化钛、碳粉中的一种或多种。
根据一些优选的实施方式，所述纳米粉体的粒径为1～50nm；所述粉体表面修饰剂的粒径为0.5～10nm，和/或所述粉体表面修饰剂的浓度为0.5～5wt％(质量浓度)；所述有机高分子的浓度为0.5～10wt％(质量浓度)；和/或所述无机纤维的直径为1～10um；在本发明中，所述粉体表面修饰剂的粒径指的是所述粉体表面修饰剂的胶粒粒径；在本发明中，优选为所述粉体表面修饰剂的粒径为0.5～10nm，本发明人发现，当所述粉体表面修饰剂的粒径为0.5～10nm时，能对纳米粉体的表面起到很好的包覆作用，有效地在纳米颗粒表面形成阻隔屏障抑制颗粒高温烧结长大，从而很好地保证纳米隔热材料耐温性能的提升；而当所述粉体表面修饰剂的粒径不在0.5～10nm范围之内时，所述耐高温纳米隔热材料的耐温性提升不明显，甚至不利于所述耐高温纳米隔热材料的耐温性提升。
根据一些优选的实施方式，所述粉体表面修饰剂的用量为所述纳米粉体的用量的1～6wt％(质量百分比)(例如1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％或6wt％)。
根据一些优选的实施方式，所述有机高分子的用量为所述纳米粉体的用量的1～6wt％(质量百分比)(例如1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％或6wt％)更优选为1～3wt％。
根据一些优选的实施方式，所述模压的压强为0.5～20MPa(例如0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20MPa)，所述模压的速度为0.1～50mm/s(例如0.1、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50mm/s)；和/或所述真空裂解的温度为900～1200℃(例如900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃)，所述真空裂解的时间为0.5～2小时(例如0.5、1、1.5或2小时)。在本发明中，所述耐高温纳米隔热材料的模压组装成型例如可以采用压机或者能够提供等同压强的设备完成。
根据一些优选的实施方式，所述方法还包括在步骤(4)中，将制得的耐高温纳米隔热材料进行保压的步骤：所述保压的压强与所述模压的压强相同，所述保压的时间为0.5～60min(例如0.5、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60min)。
根据一些优选的实施方式，所述耐高温纳米隔热材料的厚度为2～200mm，优选为20～150mm。
根据一些具体的实施方式，所述耐高温纳米隔热材料的制备包括如下步骤：
S1、照比例称取纳米粉料、粉体表面修饰剂、有机高分子、陶瓷纤维和添加物等，装袋备用；
S2、首先将纳米粉体放入混合机，逐步缓慢加入粉体表面修饰剂，原位充分混合均匀，确保所述粉体表面修饰剂在纳米粉体表面均匀包覆，包覆好的纳米粉体在鼓风干燥作用下风干，得到原位修饰的粉体；
S3、经原位修饰的粉体与蔗糖溶液等有机高分子反应，得到蔗糖包覆的粉体，在真空裂解下得到碳层修饰的粉体；
S4、逐步向碳层修饰的粉体中加入微米陶瓷纤维，混合均匀后加入添加物，保证最终得到均一的纤维/粉体物料；
S5、混合好的纤维/粉体物料经铺料、模压组装后得到耐高温纳米隔热材料，通过调节模压压强和保压时间，实现对材料结构完整性和密度的控制。成型好的耐高温纳米隔热材料编号、称重，待用。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中：在将所述纳米粉体与所述粉体表面修饰剂混合均匀之前，先将所述纳米粉体与微米粉体混合均匀，得到微纳粉体，然后将所述微纳粉体与所述粉体表面修饰剂混合均匀，使得所述粉体表面修饰剂均匀包覆在所述微纳粉体的表面，得到所述原位修饰的粉体；即在本发明中，优选为在步骤(1)中的所述纳米粉体中混有微米粉体，得到微纳粉体，然后使得所述粉体表面修饰剂包覆在所述微纳粉体的表面，得到所述原位修饰的粉体。在本发明中，当所述纳米粉体中还混有所述微米粉体时，优选为所述粉体表面修饰剂的用量为所述微纳粉体的用量的1～6wt％(质量百分比)(例如1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％或6wt％)，优选为所述有机高分子的用量为所述微纳粉体的用量的1～6wt％(质量百分比)更优选为1～3wt％。在本发明中，所述纳米粉体与所述微米粉体的混合优选为逐步将所述微米粉体加入到所述纳米粉体中，以更好地实现两类粉体在微观结构上的互穿。
目前，现有技术对隔热材料的普遍认识是，通常的高性能隔热材料普遍具有纳米孔结构，采用纳米结构单元通过溶胶-凝胶、物理组装或其他组装方式制备而成；而仅采用微米粉体制备出来的材料一般密度大、形成的微米孔结构也没有很好的热传递阻隔能力，不能满足高性能纳米隔热材料的轻质和高效隔热的要求，这就引导人们不会去考虑采用微米粉体作为隔热材料的原料之一。而本发明却克服了这种技术偏见，本发明利用微米粉体表面能低于纳米粉体，一定时间内的热稳定性更好的优势，优选为首先通过将所述纳米粉体与微米粉体混合均匀，得到微纳粉体，通过合理设计微米粉体与纳米粉体的尺寸规格、质量配比，实现微纳粉体在微观结构上的互穿，使得纳米隔热材料能够实现耐温性能和隔热性能双提升的目的，进一步保证提升纳米隔热材料的高温结构稳定性；然后将所述微纳粉体与粉体表面修饰剂混合均匀，使得所述粉体表面修饰剂均匀包覆在所述微纳粉体的表面，在所述微纳粉体颗粒之间形成阻隔屏障，然后使得原位修饰的粉体表面由惰性碳层隔断，增大了骨架结构高温下发生烧结长大的难度，从而进一步保证纳米隔热材料耐温性的提升。
根据一些优选的实施方式，所述微米粉体的粒径为1～10um；和/或所述微米粉体的用量为所述纳米粉体的用量的10～50wt％(质量百分比)(例如10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％或50wt％)。在本发明中，优选为所述微米粉体的粒径为1～10um，当所述微米粉体的粒径不在1～10um范围之内时，所述微米粉体和所述纳米粉体在微观结构的互穿效果不好，反而不利于纳米隔热材料的组装成型；并且在本发明中，优选为所述微米粉体的用量为所述纳米粉体的用量的10～50wt％更优选为30～40wt％，本发明通过合理设计微米粉体与纳米粉体的质量配比，很好地实现了微纳粉体在微观结构上的互穿，能明显提升纳米隔热材料的高温结构稳定性。
根据一些优选的实施方式，所述微米粉体选自微米二氧化硅、微米氧化铝、微米氧化锆、微米氧化钛、微米氧化铁、微米氧化镁、微米氧化钙、微米硅酸钙中的一种或多种。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的耐高温纳米隔热材料。
本发明制得的耐高温纳米隔热材料主要由纳米颗粒、表面修饰剂、无机纤维和添加物组成，是一种纳米孔结构块体材料，具有耐高温、超低热导率和短制备周期等优点。通过简单的表面包覆修饰，在纳米颗粒表面形成阻隔屏障，增大骨架结构高温下发生烧结长大的难度，从而了提高纳米隔热材料的耐温性。
根据一些优选的实施方式，所述耐高温纳米隔热材料的密度为0.15～0.80g/cm3，室温导热系数为0.020～0.055W/m·K。
下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1：纳米二氧化硅粉/铝溶胶表面修饰剂/蔗糖修饰/莫来石纤维耐高温纳米隔热材料的制备
S1、按照纳米二氧化硅粉：铝溶胶表面修饰剂：蔗糖溶液：莫来石纤维：碳化硅＝500：10：10：100：50(质量比)的比例分别称取物料，待用；所述纳米二氧化硅粉采用的是粒径在1～50nm之间的粉体，所述铝溶胶表面修饰剂采用的是胶粒粒径在0.5～10nm之间的铝溶胶，铝溶胶浓度为2.5wt％，所述莫来石纤维采用的是直径在1～10um之间的莫来石纤维；所述蔗糖溶液的浓度5wt％；
S2、铝溶胶表面修饰剂在机械融合设备作用下逐渐加入到装有纳米二氧化硅粉的容器中，充分混合均匀，使得铝溶胶表面修饰剂均匀包覆在所述纳米二氧化硅粉体的表面，得到原位修饰的粉体(铝溶胶修饰的粒子)，并风干待用；
S3、经铝溶胶修饰的粒子与蔗糖溶液反应，得到蔗糖包覆的粒子，在真空下1000℃，0.5小时裂解得到碳层修饰的粉体(碳层包覆的粒子)；
S4、往步骤S3得到的碳层修饰的粉体中加入莫来石纤维和碳化硅添加物，继续混合均匀后得到纤维/粉体物料待用；
S5、在模具中铺设混合好的纤维/粉体物料，进行模压组装，模压压强3MPa，模压速度为5mm/s；
S6、待模压至设定厚度20mm后，保压20min；
S7、模具泄压后，拆模取出压制好的耐高温纳米隔热材料，称重，编号。
本实施例制得的耐高温纳米隔热材料密度为0.25g/cm3，室温热导率(室温导热系数)为0.024W/m·K，耐温1200℃。
本发明中，耐温温度测试方法为：将耐高温纳米隔热材料样件放入一定温度下的高温炉中，保温30分钟取出，样件前后体积尺寸变化小于2％，即可认为耐高温纳米隔热材料能耐受该温度。在本实施例中，将耐高温纳米隔热材料样件放入1200℃的高温炉，保温30分钟取出，样件前后体积尺寸变化小于2％，本实施例制得的耐高温纳米隔热材料耐温温度为1200℃。
实施例2：纳米氧化铝粉/锆溶胶表面修饰剂/蔗糖修饰/莫来石纤维耐高温纳米隔热材料的制备
S1、按照纳米氧化铝粉：锆溶胶表面修饰剂：蔗糖溶液：莫来石纤维：碳化硅＝500：30：15：80：60(质量比)的比例分别称取物料，待用；所述纳米氧化铝粉采用的是粒径在1～50nm之间的粉体，所述锆溶胶表面修饰剂采用的是胶粒粒径在0.5～10nm之间的锆溶胶，锆溶胶浓度为2.5wt％，所述莫来石纤维采用的是直径在1～10um之间的莫来石纤维；所述蔗糖溶液的浓度5wt％；
S2、锆溶胶表面修饰剂在机械融合设备作用下逐渐加入到装有纳米氧化铝粉的容器中，充分混合均匀，使得锆溶胶表面修饰剂均匀包覆在所述纳米氧化铝粉体的表面，得到原位修饰的粉体(锆溶胶修饰的粒子)，并风干待用；
S3、经锆溶胶修饰的粒子与蔗糖溶液反应，得到蔗糖包覆的粒子，在真空下1000℃裂解0.5小时得到碳层修饰的粉体(碳层包覆的粒子)；
S4、往步骤S3得到的碳层修饰的粉体中加入莫来石纤维和碳化硅添加物，继续混合均匀后得到纤维/粉体物料待用；
S5、在模具中铺设混合好的纤维/粉体物料，进行模压组装，模压压强6MPa，模压速度为5mm/s；
S6、待模压至设定厚度20mm后，保压20min；
S7、模具泄压后，拆模取出压制好的耐高温纳米隔热材料，称重，编号。
本实施例制得的耐高温纳米隔热材料密度为0.33g/cm3，室温热导率为0.029W/m·K，耐温1350℃。
实施例3：纳米氧化铝粉/铝溶胶表面修饰剂/聚甲基丙烯酰胺修饰/氧化铝纤维耐高温纳米隔热材料的制备
S1、按照纳米氧化铝粉：铝溶胶表面修饰剂：聚甲基丙烯酰胺溶液：氧化铝纤维：碳化硅＝500：20：10：90：50(质量比)的比例分别称取物料，待用；所述纳米氧化铝粉采用的是粒径在1～50nm之间的粉体，所述铝溶胶表面修饰剂采用的是胶粒粒径在0.5～10nm之间的铝溶胶，铝溶胶浓度为2.5wt％，所述氧化铝纤维采用的是直径在1～10um之间的氧化铝纤维；所述聚甲基丙烯酰胺溶液的浓度为3wt％；
S2、铝溶胶表面修饰剂在机械融合设备作用下逐渐加入到装有纳米氧化铝粉的容器中，充分混合均匀，使得铝溶胶表面修饰剂均匀包覆在所述纳米氧化铝粉体的表面，得到原位修饰的粉体(铝溶胶修饰的粒子)，并风干待用；
S3、经铝溶胶修饰的粒子与聚甲基丙烯酰胺溶液反应，得到聚甲基丙烯酰胺包覆的粒子，在真空下1050℃裂解1小时得到碳层修饰的粉体(碳层包覆的粒子)；
S4、往步骤S3得到的碳层修饰的粉体中加入氧化铝纤维和碳化硅添加物，继续混合均匀后得到纤维/粉体物料待用；
S5、在模具中铺设混合好的纤维/粉体物料，进行模压组装，模压压强10MPa，模压速度为5mm/s；
S6、待模压至设定厚度20mm后，保压20min；
S7、模具泄压后，拆模取出压制好的耐高温纳米隔热材料，称重，编号。
本实施例制得的耐高温纳米隔热材料密度为0.35g/cm3，室温热导率为0.035W/m·K，耐温1300℃。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：所述铝溶胶表面修饰剂采用的是胶粒粒径在15～25nm之间的铝溶胶。
本实施例制得的耐高温纳米隔热材料密度为0.28g/cm3，室温热导率0.029W/m·K，耐温1100℃。
实施例5
实施例5与实施例1基本相同，不同之处在于：所述铝溶胶表面修饰剂采用的是胶粒粒径在25～40nm之间的铝溶胶。
本实施例制得的耐高温纳米隔热材料密度为0.31g/cm3，室温热导率0.033W/m·K，耐温980℃。
实施例6
S1、按照纳米二氧化硅粉：微米二氧化硅粉：铝溶胶表面修饰剂：蔗糖溶液：莫来石纤维：碳化硅＝360：140：10：5：100：50(质量比)的比例分别称取物料，待用；所述纳米二氧化硅粉采用的是粒径在1～50nm之间的粉体，所述铝溶胶表面修饰剂采用的是胶粒粒径在0.5～10nm之间的铝溶胶，铝溶胶浓度为2.5wt％，所述莫来石纤维采用的是直径在1～10um之间的莫来石纤维；所述微米二氧化硅粉采用的是粒径在1～10um之间的粉体；所述蔗糖溶液的浓度5wt％；
S2、首先将纳米二氧化硅粉放入混合机中，逐步缓慢加入微米二氧化硅粉，确保微米二氧化硅粉与纳米二氧化硅粉混合均匀，得到微纳粉体备用；
S3、铝溶胶表面修饰剂在机械融合设备作用下逐渐加入到装有微纳粉体的容器中，充分混合均匀，使得铝溶胶表面修饰剂均匀包覆在所述微纳粉体的表面，得到原位修饰的粉体(铝溶胶修饰的粒子)，并风干待用；
S4、经铝溶胶修饰的粒子与蔗糖溶液反应，得到蔗糖包覆的粒子，在真空下1000℃裂解0.5小时得到碳层修饰的粉体(碳层包覆的粒子)；
S5、往步骤S4得到的碳层修饰的粉体中加入莫来石纤维和碳化硅添加物，继续混合均匀后得到纤维/粉体物料待用；
S6、在模具中铺设混合好的纤维/粉体物料，进行模压组装，模压压强3MPa，模压速度为5mm/s；
S7、待模压至设定厚度20mm后，保压20min；
S8、模具泄压后，拆模取出压制好的耐高温纳米隔热材料，称重，编号。
本实施例制得的耐高温纳米隔热材料密度约为0.26g/cm3，室温热导率(室温导热系数)0.025W/m·K，耐温1350℃。
实施例7
实施例7与实施例6基本相同，不同之处在于：所述微米二氧化硅粉采用的是粒径在15～30um之间的粉体。
本实施例制得的耐高温纳米隔热材料密度为0.28g/cm3，室温热导率0.032W/m·K，耐温1050℃。
实施例8
实施例8与实施例6基本相同，不同之处在于：按照纳米二氧化硅粉：微米二氧化硅粉：铝溶胶表面修饰剂：蔗糖溶液：莫来石纤维：碳化硅＝425：75：10：5：100：50(质量比)的比例分别称取物料，待用。
本实施例制得的耐高温纳米隔热材料密度为0.25g/cm3，室温热导率0.024W/m·K，耐温1250℃。
实施例9
实施例9与实施例6基本相同，不同之处在于：按照纳米二氧化硅粉：微米二氧化硅粉：铝溶胶表面修饰剂：蔗糖溶液：莫来石纤维：碳化硅＝320：180：10：5：100：50(质量比)的比例分别称取物料，待用。
本实施例制得的耐高温纳米隔热材料密度为0.29g/cm3，室温热导率0.035W/m·K，耐温950℃。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种耐高温纳米隔热材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将纳米粉体与粉体表面修饰剂混合均匀，使得所述粉体表面修饰剂均匀包覆在所述纳米粉体的表面，得到原位修饰的粉体；所述粉体表面修饰剂选自硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、锆溶胶、硅锆溶胶中的一种或多种；所述纳米粉体选自纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化铁中的一种或多种；所述纳米粉体的粒径为1～50nm；所述粉体表面修饰剂的粒径为0.5～10nm，所述粉体表面修饰剂的浓度为0.5～5wt％；所述粉体表面修饰剂的用量为所述纳米粉体的用量的1～6wt％；
(2)将所述原位修饰的粉体与有机高分子复合，再经真空裂解，得到碳层修饰的粉体；所述有机高分子选自由蔗糖溶液和聚甲基丙烯酰胺溶液组成的组；所述有机高分子的浓度为0.5～10wt％；
(3)将所述碳层修饰的粉体、无机纤维和添加物混合均匀，得到混合料；所述无机纤维为陶瓷纤维，所述陶瓷纤维选自石英纤维、氧化铝纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、高硅氧纤维、玄武岩棉纤维中的一种或多种；所述无机纤维的直径为1～10um；所述添加物选自碳化硅、钛酸钾晶须、氮化硅、二氧化钛、碳粉中的一种或多种；
(4)将所述混合料进行铺料和模压，制得耐高温纳米隔热材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述模压的压强为0.5～20MPa，所述模压的速度为0.1～50mm/s；和/或
所述真空裂解的温度为900～1200℃，所述真空裂解的时间0.5～2小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(4)中，将制得的耐高温纳米隔热材料进行保压的步骤：所述保压的压强与所述模压的压强相同，所述保压的时间为0.5～60min。
4.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：
在将所述纳米粉体与所述粉体表面修饰剂混合均匀之前，先将所述纳米粉体与微米粉体混合均匀，得到微纳粉体，然后将所述微纳粉体与所述粉体表面修饰剂混合均匀，使得所述粉体表面修饰剂均匀包覆在所述微纳粉体的表面，得到所述原位修饰的粉体。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
所述微米粉体的粒径为1～10um；和/或
所述微米粉体的用量为所述纳米粉体的用量的10～50wt％。
6.由权利要求1至5任一项所述的制备方法制得的耐高温纳米隔热材料。
7.根据权利要求6所述的耐高温纳米隔热材料，其特征在于：
所述耐高温纳米隔热材料的密度为0.15～0.80g/cm3，室温导热系数为0.020～0.055W/m·K。
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