CN110483082B - 一种微纳多尺度纳米隔热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微纳多尺度纳米隔热材料及其制备方法。所述方法包括：(1)将纳米粉体与微米粉体混合均匀，得到微纳粉体；(2)将所述微纳粉体、无机纤维和添加物混合均匀，得到混合料；(3)将所述混合料进行铺料和模压，制得微纳多尺度纳米隔热材料。本发明方法通过合理设计微米粉体与纳米粉体的尺寸规格，实现了微纳粉体在微观结构上的互穿，提升了纳米隔热材料的高温结构稳定性。

Description

一种微纳多尺度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，尤其涉及一种微纳多尺度纳米隔热材料及其制备方法。
背景技术
目前制备纳米隔热材料的方法主要有溶胶-凝胶法和模压成型法，溶胶凝胶法制备纳米隔热材料主要包括前驱体水解、前驱体凝胶、凝胶溶剂置换、凝胶超临界干燥等步骤，属于化学反应，前驱体水解后形成的活性羟基在凝胶给定的条件下很难完全缩合，但此活性位点在更高的温度下会发生缩合脱水，宏观表现就是气凝胶骨架收缩坍塌，在此温度下隔热性能急剧下降。模压成型法制备纳米隔热材料主要包括纤维/粉体混合、混合物模压成型等步骤，属于物理过程，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在高温下容易发生烧结长大而造成结构坍塌的现象，在高温下隔热性能也会发生急剧下降的问题。
综上可见，现有两种制备纳米隔热材料的方法都存在高温下结构发生坍塌而失效的问题。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。而很多工况又对纳米隔热材料的耐温性有特定要求，在一定程度上提高纳米隔热材料的耐温性而满足使用要求具有现实意义。
针对上述问题，非常有必要提供一种耐温性能优异的纳米隔热材料及其制备方法。
发明内容
为了解决现有溶胶凝胶法和模压成型法制备纳米隔热材料存在的耐温性不足的技术问题，本发明提供了一种微纳多尺度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微纳多尺度纳米隔热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将纳米粉体与微米粉体混合均匀，得到微纳粉体；
(2)将所述微纳粉体、无机纤维和添加物混合均匀，得到混合料；
(3)将所述混合料进行铺料和模压，制得微纳多尺度纳米隔热材料。
优选地，所述纳米粉体的粒径为1～50nm；所述微米粉体的粒径为1～10um；和/或所述无机纤维的直径为1～10um。
优选地，所述微米粉体的用量为所述纳米粉体的用量的10～50wt％。
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。
优选地，步骤(1)为：将所述微米粉体逐步加入到所述纳米粉体中并混合均匀，得到所述微纳粉体。
优选地，所述模压的压强为1～30MPa，所述模压的速度为0.1～50mm/s。
优选地，所述方法还包括在步骤(3)中，将制得的微纳多尺度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1～60min。
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微纳多尺度纳米隔热材料。
优选地，所述微纳多尺度纳米隔热材料的密度为0.25～1.0g/cm3，室温导热系数为0.024～0.065W/m·K。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明方法通过将纳米粉体与微米粉体混合均匀，得到微纳粉体，混合好的微纳粉体在纤维增强作用下通过组装成型，得到了多尺度纳米隔热材料；本发明方法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，实现了对纳米隔热材料微观结构的调控，最终提升了纳米隔热材料的高温结构稳定性、综合力热性能。
(2)本发明制得的微纳多尺度纳米隔热材料主要由微米颗粒、纳米颗粒、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、低热导率和制备周期短等优点；与溶胶-凝胶纳米隔热材料相比，该材料制备方法简单，且不需要使用有机溶剂，安全性高；与纳米隔热材料相比，该材料微米粉体和纳米粉体在微结构上互穿，耐温性更好。
(3)本发明制备的微纳多尺度纳米隔热材料热导率低、高温稳定性更好等优点。
(4)本发明制备的微纳多尺度纳米隔热材料组份易于设计，能够更好实现对材料性能的调控。
(5)本发明中微纳多尺度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微纳多尺度纳米隔热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将纳米粉体与微米粉体混合均匀，得到微纳粉体；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；也将所述微米粉体记作微米颗粒或微米粉体颗粒；
(2)将所述微纳粉体、无机纤维和添加物混合均匀，得到混合料(纤维/粉体物料)；
(3)将所述混合料进行铺料和模压(模压组装)，制得微纳多尺度纳米隔热材料；在所述铺料的过程中，要保证模具中铺料均匀。
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，通过微米粉体与纳米粉体的微观结构互穿，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。
本发明方法在一定程度上解决了现有溶胶凝胶法和模压成型法制备纳米隔热材料存在的耐温性不足问题；具体来说就是本发明方法首先按照一定比例混合纳米粉体和微米粉体，得到微纳粉体，混合好的微纳粉体在纤维增强作用下通过组装成型，得到微纳多尺度纳米隔热材料，通过合理设计微米粉体与纳米粉体的尺寸规格，通过合理的多尺度纳米组分的设计，实现了微纳粉体在微观结构上的互穿，实现了对纳米隔热材料微观结构的调控，最终明显提升了纳米隔热材料的高温结构稳定性、综合力热性能。本发明中模压组装制备出的微纳多尺度纳米隔热材料，无层间裂纹产生，厚度方向密度偏差在5％以内。本发明制得的微纳多尺度纳米隔热材料能够满足国防军工和国民经济主战场的防隔热需求，是一种高效隔热材料，通过微纳多尺度设计能够实现纳米隔热材料综合力、热性能的提升。
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％)的所述微纳粉体、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微纳多尺度纳米隔热材料。
根据一些优选的实施方式，所述纳米粉体的粒径为1～50nm。
根据一些优选的实施方式，所述微米粉体的粒径为1～10um。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。
根据一些优选的实施方式，所述无机纤维的直径为1～10um。
根据一些优选的实施方式，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。
根据一些优选的实施方式，步骤(1)为：将所述微米粉体逐步加入到所述纳米粉体中并混合均匀，得到所述微纳粉体，如此能更好地确保所述微米粉体与所述纳米粉体充分混合，以实现两类粉体在微观结构上的互穿。
根据一些优选的实施方式，所述模压的压强为1～30MPa(例如1、5、10、15、20、25或30MPa)，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)。在本发明中，所述微纳多尺度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(3)中，将制得的微纳多尺度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1～60min(例如1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60min)。
根据一些优选的实施方式，所述微纳多尺度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，所述微纳多尺度纳米隔热材料的制备过程如下：
S1、按照比例称取纳米粉料(纳米粉体)、微米粉料(微米粉体)、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，逐步缓慢加入微米粉体，通过强力混合分散，确保微米粉体与纳米粉体充分混合，得到微纳粉体；
S3、逐步向微纳粉体混合物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；
S4、混合好的纤维/粉体物料经铺料、模压组装后得到微纳多尺度纳米隔热材料，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。成型好的微纳多尺度纳米隔热材料编号、称重，待用。
根据一些优选的实施方式，所述方法还包括在进行步骤(2)之前，将步骤(1)得到的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包覆在所述微纳粉体的表面，从而得到原位修饰的微纳粉体的步骤。
本发明方法优选为通过原位修饰包覆微纳粉体颗粒表面，在所述微纳粉体颗粒表面包覆第二相纳米材料，在微纳粉体颗粒之间形成阻隔屏障，避免了微纳粉体颗粒互相接触，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，增大了骨架结构高温下发生烧结长大的难度，从而能够保证纳米隔热材料的耐温性得到进一步的提升。
根据一些优选的实施方式，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；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；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)。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，能对微纳粉体的表面起到很好的包覆作用，有效地在微纳粉体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，对所述微纳多尺度纳米隔热材料的耐温性提升作用不明显，甚至不利于所述微纳多尺度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％)。
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微纳多尺度纳米隔热材料。
本发明制得的微纳多尺度纳米隔热材料主要由微米颗粒、纳米颗粒、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、低热导率和制备周期短等优点；与溶胶-凝胶纳米隔热材料相比，该材料制备方法简单，且不需要使用有机溶剂，安全性高；与纳米隔热材料相比，该材料微米粉体和纳米粉体在微结构上互穿，耐温性更好。
根据一些优选的实施方式，所述微纳多尺度纳米隔热材料的密度为0.25～1.0g/cm3，室温导热系数为0.024～0.065W/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/微米二氧化硅粉/石英纤维微纳多尺度纳米隔热材料的制备
S1、按照纳米二氧化硅粉：微米二氧化硅粉：石英纤维：碳化硅＝500：200：100：50(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，所述微米二氧化硅粉采用的是粒径在1～10um之间的粉体，所述石英纤维采用的是直径在1～10um之间的石英纤维；
S2、微米二氧化硅粉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，得到微纳粉体；
S3、往混合好的微纳粉体中加入石英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；
S4、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5MPa，模压速度为5mm/s；
S5、待模压至设定厚度20mm后，保压20min；
S6、模具泄压后，拆模取出压制好的微纳多尺度纳米隔热材料，称重，编号。
本实施例制得的微纳多尺度纳米隔热材料密度为0.25g/cm3，室温热导率(室温导热系数)0.024W/m·K，耐温1100℃。
本发明中，耐温温度测试方法为：将微纳多尺度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％，即可认为微纳多尺度纳米隔热材料能耐受该温度。在本实施例中，将微纳多尺度纳米隔热材料样件放入1100℃的高温炉，保温30分钟取出，样件前后体积尺寸变化小于2％，本实施例制得的微纳多尺度纳米隔热材料耐温温度为1100℃。
实施例2：纳米二氧化硅粉/微米氧化铝粉/氧化铝纤维微纳多尺度纳米隔热材料的制备
S1、按照纳米二氧化硅粉：微米氧化铝粉：氧化铝纤维：碳化硅＝500：150：150：40(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，所述微米氧化铝粉采用的是粒径在1～10um之间的粉体，所述氧化铝纤维采用的是直径在1～10um之间的氧化铝纤维；
S2、微米氧化铝粉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，得到微纳粉体；
S3、往混合好的微纳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；
S4、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8MPa，模压速度为5mm/s；
S5、待模压至设定厚度20mm后，保压20min；
S6、模具泄压后，拆模取出压制好的微纳多尺度纳米隔热材料，称重，编号。
本实施例制得的微纳多尺度纳米隔热材料密度为0.35g/cm3，室温热导率0.033W/m·K，耐温1200℃。
实施例3：纳米氧化铝粉/微米氧化铝粉/氧化铝纤维微纳多尺度纳米隔热材料的制备
S1、按照纳米氧化铝粉：微米氧化铝粉：氧化铝纤维：碳化硅＝500：200：200：40(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，所述微米氧化铝粉采用的是粒径在1～10um之间的粉体，所述氧化铝纤维采用的是直径在1～10um之间的氧化铝纤维；
S2、微米氧化铝粉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，得到微纳粉体；
S3、往混合好的微纳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；
S4、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12MPa，模压速度为5mm/s；
S5、待模压至设定厚度20mm后，保压20min；
S6、模具泄压后，拆模取出压制好的微纳多尺度纳米隔热材料，称重，编号。
本实施例制得的微纳多尺度纳米隔热材料密度为0.45g/cm3，室温热导率0.038W/m·K，耐温1250℃。
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。
本实施例制得的微纳多尺度纳米隔热材料密度为0.26g/cm3，室温热导率0.029W/m·K，耐温1000℃。
实施例5
实施例5与实施例1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：石英纤维：碳化硅＝600：100：100：50(质量比)的比例分别称取物料，待用。
本实施例制得的微纳多尺度纳米隔热材料密度为0.25g/cm3，室温热导率0.024W/m·K，耐温1050℃。
实施例6
实施例6与实施例1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：石英纤维：碳化硅＝450：250：100：50(质量比)的比例分别称取物料，待用。
本实施例制得的微纳多尺度纳米隔热材料密度为0.29g/cm3，室温热导率0.035W/m·K，耐温950℃。
实施例7
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：石英纤维：碳化硅＝500：200：14：100：50(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，所述微米二氧化硅粉采用的是粒径在1～10um之间的粉体，所述石英纤维采用的是直径在1～10um之间的石英纤维；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％；
S2、微米二氧化硅粉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，得到微纳粉体；然后将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，得到原位修饰的微纳粉体，并风干待用；
S3、往步骤S2得到的原位修饰的微纳粉体中加入石英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；
S4、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5MPa，模压速度为5mm/s；
S5、待模压至设定厚度20mm后，保压20min；
S6、模具泄压后，拆模取出压制好的微纳多尺度纳米隔热材料，称重，编号。
本实施例制得的微纳多尺度纳米隔热材料密度为0.26g/cm3，室温热导率0.025W/m·K，耐温1250℃。
实施例8
实施例8与实施例7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。
本实施例制得的微纳多尺度纳米隔热材料密度为0.28g/cm3，室温热导率0.03W/m·K，耐温1120℃。
实施例9
实施例9与实施例7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。
本实施例制得的微纳多尺度纳米隔热材料密度为0.31g/cm3，室温热导率0.033W/m·K，耐温1000℃。
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)

1.一种微纳多尺度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)将纳米粉体与微米粉体混合均匀，得到微纳粉体，通过微米粉体与纳米粉体的微观结构互穿，使得微纳多尺度纳米隔热材料实现耐温性能的提升；所述纳米粉体的粒径为1～50nm；所述微米粉体的粒径为1～10um；所述微米粉体的用量为所述纳米粉体的用量的30～40wt％；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；
(2)将所述微纳粉体、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；
(3)将所述混合料进行铺料和模压，制得微纳多尺度纳米隔热材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述无机纤维的直径为1～10um。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)为：
将所述微米粉体逐步加入到所述纳米粉体中并混合均匀，得到所述微纳粉体。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：
所述模压的压强为1～30MPa，所述模压的速度为0.1～50mm/s。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(3)中，将制得的微纳多尺度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1～60min。
6.由权利要求1至5任一项所述的制备方法制得的微纳多尺度纳米隔热材料。
7.根据权利要求6所述的微纳多尺度纳米隔热材料，其特征在于：
所述微纳多尺度纳米隔热材料的密度为0.25～1.0g/cm3，室温导热系数为0.024～0.065W/m·K。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111072367B (zh) * 2019-12-23 2021-12-28 山东鲁阳浩特高技术纤维有限公司 一种远红外辐射纳米板、其制备方法及其应用
CN114149276B (zh) * 2020-12-31 2023-06-13 郑州轻工业大学 一种含氧化锆的微纳孔绝隔热耐火材料及其制备方法
CN113045323B (zh) * 2021-04-08 2022-11-29 中钢洛耐科技股份有限公司 梯度截热保温材料及其制备方法和应用
CN113860847A (zh) * 2021-09-30 2021-12-31 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 一种Al2O3-SiO2气凝胶复合材料的制备方法
CN113831103A (zh) * 2021-09-30 2021-12-24 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 一种耐高温氧化铝-氧化硅气凝胶复合材料的制备方法
CN114506128B (zh) * 2022-01-22 2023-12-01 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 一种轻质隔热材料及其制备方法
CN114484153B (zh) * 2022-01-22 2023-11-03 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 一种可塑形的纳米隔热板材及其制备方法
CN114315393B (zh) * 2022-01-28 2023-03-10 淄博硅华陶瓷科技有限公司 一种碳纤维耐高温涂层及其涂覆工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008123671A2 (en) * 2007-04-04 2008-10-16 Sem Co., Ltd. Ceramic foam and method for manufacturing it
CN106631012A (zh) * 2016-12-21 2017-05-10 汕头大学 一种正方氧化锆基复合陶瓷超薄盖板及其制备工艺
CN106747262A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 广西大学 一种纳米二氧化硅粉末基超级复合隔热材料的制备方法
CN109384449A (zh) * 2018-11-23 2019-02-26 航天特种材料及工艺技术研究所 一种纳米隔热材料及其制备方法
CN109400011A (zh) * 2018-11-23 2019-03-01 航天特种材料及工艺技术研究所 一种纳米隔热材料用物料及其混合方法、纳米隔热材料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008123671A2 (en) * 2007-04-04 2008-10-16 Sem Co., Ltd. Ceramic foam and method for manufacturing it
CN106747262A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 广西大学 一种纳米二氧化硅粉末基超级复合隔热材料的制备方法
CN106631012A (zh) * 2016-12-21 2017-05-10 汕头大学 一种正方氧化锆基复合陶瓷超薄盖板及其制备工艺
CN109384449A (zh) * 2018-11-23 2019-02-26 航天特种材料及工艺技术研究所 一种纳米隔热材料及其制备方法
CN109400011A (zh) * 2018-11-23 2019-03-01 航天特种材料及工艺技术研究所 一种纳米隔热材料用物料及其混合方法、纳米隔热材料及其制备方法

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