CN112830761A - 耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料及其制备方法，首先采用溶胶‑凝胶法制得初态凝胶液，再采用真空浸渍纤维的方法将初态凝胶液滴入选定好的纤维预制体中，然后通过同步老化置换工艺制得终态凝胶，接着采用干燥工艺得到纤维预制体增强的Al2O3气凝胶复合材料，最后将上述的气凝胶复合材料置于烘箱中进行高温热处理，得到耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合隔热材料。本发明制备出的气凝胶复合材料在耐高温和物理强度上表现出了优异的性能，此外具有成本低廉和工艺过程便捷等优点，这对实现工业化生产具有非凡意义。

Description

耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于无机气凝胶制备技术领域，涉及耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料及其制备方法，具体涉及一种纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料及其制备方法。
背景技术
气凝胶是一种以气体为分散介质，孔径尺寸集中在2-100nm的开孔型多孔固态材料，是一种以纳米量级胶体粒子相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在空隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。气凝胶独特的三维空间网状结构使其具有低密度，高孔隙率，低热导率等优异的特点，使其在保温隔热、隔音降噪、分离吸附、等方面都体现出其优秀且独有的性质。
气凝胶具有很高的孔隙率，高的表面活性，高的比表面能和比表面积等特殊性质，在光学、电学、催化、隔热保温等领域具有广阔的应用前景。尤其是在隔热方面，气凝胶因其独特的纳米三维网络骨架结构，以气体为分散介质，使其相较于其它隔热材料有更低热导率，是目前公认的热导率最低的固态材料。因此，气凝胶作为一种轻质保温隔热材料在各个领域都具有潜在应用市场。据统计，气凝胶是目前研究很多的保温隔热材料。例如中国专利CN201110442678高强度耐高温碳支撑Al2O3-Al4C3复合块状气凝胶的制备方法，通过将氯化铝结晶体、水、乙醇、环氧丙烷均匀搅拌，得到澄清的氧化铝溶胶溶液，再向溶液中加入甲醛、间苯二酚、反应催化剂，搅拌均匀，得到RF/Al2O3复合气凝胶溶胶溶液，静置凝胶。再利用CO2超临界或乙醇超临界干燥法对样品进行处理，最后对样品进行惰性气体保护高温热处理，最终得到高强度耐高温碳支撑Al2O3-Al4C3复合块状气凝胶；其步骤(5)中所述样品在惰性气体的保护下进行热处理，其中所述的热处理温度在1350-1600℃之间，热处理时间为10h-30h得到高强度耐高温碳支撑Al2O3-Al4C3复合块状气凝胶，但是中间的高温处理会增加成本。
Al2O3气凝胶具有诸多的优良特性，其高结构强度为其提供了广阔的应用前景，如在保温、隔音、分离、催化等领域的应用。但是，气凝胶本身具有的脆性问题及耐高温性能(大于1000℃)很大的限制了其工作条件。纤维预制体具恰巧可以弥补上述的不足。
发明内容
本发明的目的是针对现有隔热材料的不足，提供了耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料及其制备方法，是一种纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料及其制备方法，该制备方法成本低廉、工艺过程便捷，在不损失复合材料耐高温、高强度、低热导率的情况下，提高了Al2O3气凝胶复合材料在空气中的抗氧性能。
本发明所述的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)Al2O3溶胶的制备：将仲丁醇铝加入到乙醇/水二元体系中搅拌至澄清，再加入相当于仲丁醇铝质量0.03-0.05％的丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，然后加酸溶液搅拌均匀，静置得到Al2O3溶胶溶液；所述仲丁醇铝和乙醇/水二元体系，按照0.3mol：100mL的比例；所述乙醇/水二元体系中，乙醇/水＝(20-85)：(30-80)的体积比；所述的酸溶液，选自醋酸、柠檬酸、草酸、硼酸、盐酸、硫酸、硝酸中的一种任意浓度的溶液；
2)表面预处理：在碱性条件下对纤维预制体进行表面预处理；
所述的碱性条件，为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种任意浓度的溶液；
所述的纤维预制体，选自玻璃纤维、氧化铝纤维、石英纤维、莫来石纤维、碳纤维、芳纶纤维的一种或几种的混合物，当混合时为任意比例；
3)Al2O3湿凝胶的制备：将步骤1)得到的Al2O3溶胶倒入装有步骤2)得到的经过表面预处理的纤维预制体的模具中，采用真空浸渍技术使得Al2O3溶胶与纤维预制体材料充分复合、凝胶，得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
4)老化：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶经过老化后得到成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
5)溶剂置换：将上步骤得到的成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶采用有机溶剂进行置换；所述的有机溶剂选自乙醇、环己醇、丁醇、异丙醇、苯甲醇、丙酮、甲醇、叔丁醇、正己烷中的一种或几种的混合物，当混合时为任意比例；
6)干燥：将上步骤得到的Al2O3湿凝胶进行干燥处理，制得纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶；
7)热处理：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶置于烘箱中，采用梯度升温的方式进行热处理，由室温升温至100-120℃，升温梯度为5-20℃/h，接着保温48-96h，最后冷却至室温，得到耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，即纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料。
本发明中：
步骤3)所述的采用真空浸渍技术使得Al2O3溶胶与纤维预制体材料充分复合、凝胶，是将Al2O3溶胶包覆纤维预制体放入真空干燥箱中进行真空浸渍8h，前2h压强保持在-0.1Mpa，随后按照0.02Mpa梯度式升压，使得Al2O3溶胶充分浸入纤维预制体孔洞之中，然后取出于室温下待其凝胶。
步骤4)所述的老化，老化条件为：以25-40℃为起始温度在15℃/天的升温速度下直至60-80℃后保温3-4天，老化液选自氨水、三乙胺、二乙胺、氢氧化钠中的一种，浓度为任意浓度。
步骤5)所述的采用有机溶剂进行置换，置换时间是3-4天。
步骤6)所述的干燥处理，是采用二氧化碳超临界干燥处理，二氧化碳超临界干燥温度为40-80℃，压力为10-20MPa。
本发明还涉及采用上述制备方法得到的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，是纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，由纤维预制体和Al2O3气凝胶构成，在空气气氛中耐温性达700-800℃，密度为0.3-0.5g/cm3，抗压强度为12.85-13.63MPa，室温热导率为0.035-0.40W/(m·K)。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明所述的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，将Al2O3气凝胶与纤维预制体材料充分复合，从而大大提高了整体气凝胶的强度和耐高温性能，且成本低廉，环保，本发明采用廉价的无机盐作为铝源，加入丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，有利于改善体系聚结性能，促进化合物流动和弹性变形，增加Al2O3溶胶与纤维预制体材料结合的紧密性，再结合环境友好且机械性能优异的的纤维预制体进行复合制备。
2、本发明所述的制备方法，工艺简单，制备纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料不需要多余的繁琐步骤，相比其它制备工艺具有广泛的应用和产业化前景。
3、本发明制备得到的纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，完整性很好，同时正是因为其具有耐高温和高强度的优异性能，使其在诸多领域具有潜在的应用市场。
附图说明
图1是本发明制备方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
以下通过实施例进一步详细描述本发明，但这些实施例不应认为是对本发明的限制。
实施例1：
耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)Al2O3溶胶的制备：将0.3mol仲丁醇铝加入到100mL乙醇/水二元体系中搅拌至澄清，再加入相当于仲丁醇铝质量0.03％的丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，然后加酸溶液搅拌均匀，静置得到Al2O3溶胶溶液；所述乙醇/水二元体系中，乙醇/水＝20：80的体积比；所述的酸溶液，选自盐酸；
2)表面预处理：在碱性条件下对纤维预制体进行表面预处理；所述的碱性条件，为50％质量浓度的氢氧化钾溶液；
3)Al2O3湿凝胶的制备：将步骤1)得到的Al2O3溶胶倒入装有步骤2)得到的经过表面预处理的纤维预制体的模具中，将Al2O3溶胶包覆纤维预制体放入真空干燥箱中进行真空浸渍8h，前2h压强保持在-0.1Mpa，随后按照0.02Mpa梯度式升压，使得Al2O3溶胶充分浸入纤维预制体孔洞之中，然后取出于室温下待其凝胶，得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
4)老化：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶经过老化，老化条件为：老化液选自氨水，以25-40℃为起始温度在15℃/天的升温速度下直至60-80℃后保温3-4天后得到成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
5)溶剂置换：将上步骤得到的成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶采用有机溶剂进行置换3-4天；所述的有机溶剂选自乙醇；
6)干燥：将上步骤得到的Al2O3湿凝胶采用二氧化碳超临界干燥处理，二氧化碳超临界干燥温度为40-80℃，压力为10-20MPa，制得纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶；
7)热处理：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶置于烘箱中，采用梯度升温的方式进行热处理，由室温升温至100-120℃，升温梯度为5-20℃/h，接着保温48-96h，最后冷却至室温，得到耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，即纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料。
实施例2：
耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)Al2O3溶胶的制备：将0.3mol仲丁醇铝加入到100mL乙醇/水二元体系中搅拌至澄清，再加入相当于仲丁醇铝质量0.04％的丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，然后加酸溶液搅拌均匀，静置得到Al2O3溶胶溶液；所述乙醇/水二元体系中，乙醇/水＝25：70的体积比；所述的酸溶液，选自硝酸；
2)表面预处理：在碱性条件下对纤维预制体进行表面预处理；所述的碱性条件，为40％质量浓度的氢氧化钠溶液；
3)Al2O3湿凝胶的制备：将步骤1)得到的Al2O3溶胶倒入装有步骤2)得到的经过表面预处理的纤维预制体的模具中，将Al2O3溶胶包覆纤维预制体放入真空干燥箱中进行真空浸渍8h，前2h压强保持在-0.1Mpa，随后按照0.02Mpa梯度式升压，使得Al2O3溶胶充分浸入纤维预制体孔洞之中，然后取出于室温下待其凝胶，得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
4)老化：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶经过老化，老化条件为：老化液选自三乙胺，以25-40℃为起始温度在15℃/天的升温速度下直至60-80℃后保温3-4天后得到成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
5)溶剂置换：将上步骤得到的成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶采用有机溶剂进行置换3-4天；所述的有机溶剂选自丁醇；
6)干燥：将上步骤得到的Al2O3湿凝胶采用二氧化碳超临界干燥处理，二氧化碳超临界干燥温度为40-80℃，压力为10-20MPa，制得纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶；
7)热处理：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶置于烘箱中，采用梯度升温的方式进行热处理，由室温升温至100-120℃，升温梯度为5-20℃/h，接着保温48-96h，最后冷却至室温，得到耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，即纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料。
实施例3：
耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)Al2O3溶胶的制备：将0.3mol仲丁醇铝加入到100mL乙醇/水二元体系中搅拌至澄清，再加入相当于仲丁醇铝质量0.05％的丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，然后加酸溶液搅拌均匀，静置得到Al2O3溶胶溶液；所述乙醇/水二元体系中，乙醇/水＝30：65的体积比；所述的酸溶液，选自硼酸；
2)表面预处理：在碱性条件下对纤维预制体进行表面预处理；所述的碱性条件，为100％质量浓度的氢氧化钡溶液；
3)Al2O3湿凝胶的制备：将步骤1)得到的Al2O3溶胶倒入装有步骤2)得到的经过表面预处理的纤维预制体的模具中，将Al2O3溶胶包覆纤维预制体放入真空干燥箱中进行真空浸渍8h，前2h压强保持在-0.1Mpa，随后按照0.02Mpa梯度式升压，使得Al2O3溶胶充分浸入纤维预制体孔洞之中，然后取出于室温下待其凝胶，得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
4)老化：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶经过老化，老化条件为：老化液选自氨水，以25-40℃为起始温度在15℃/天的升温速度下直至60-80℃后保温3-4天后得到成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
5)溶剂置换：将上步骤得到的成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶采用有机溶剂进行置换3-4天；所述的有机溶剂选自叔丁醇；
6)干燥：将上步骤得到的Al2O3湿凝胶采用二氧化碳超临界干燥处理，二氧化碳超临界干燥温度为40-80℃，压力为10-20MPa，制得纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶；
7)热处理：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶置于烘箱中，采用梯度升温的方式进行热处理，由室温升温至100-120℃，升温梯度为5-20℃/h，接着保温48-96h，最后冷却至室温，得到耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，即纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料。
实施例4：
耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)Al2O3溶胶的制备：将0.3mol仲丁醇铝加入到100mL乙醇/水二元体系中搅拌至澄清，再加入相当于仲丁醇铝质量0.03％的丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，然后加酸溶液搅拌均匀，静置得到Al2O3溶胶溶液；所述乙醇/水二元体系中，乙醇/水＝40：50的体积比；所述的酸溶液，选自醋酸；
2)表面预处理：在碱性条件下对纤维预制体进行表面预处理；所述的碱性条件，为15％质量浓度的氢氧化钾溶液；
3)Al2O3湿凝胶的制备：将步骤1)得到的Al2O3溶胶倒入装有步骤2)得到的经过表面预处理的纤维预制体的模具中，将Al2O3溶胶包覆纤维预制体放入真空干燥箱中进行真空浸渍8h，前2h压强保持在-0.1Mpa，随后按照0.02Mpa梯度式升压，使得Al2O3溶胶充分浸入纤维预制体孔洞之中，然后取出于室温下待其凝胶，得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
4)老化：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶经过老化，老化条件为：老化液选自氨水，以25-40℃为起始温度在15℃/天的升温速度下直至60-80℃后保温3-4天后得到成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
5)溶剂置换：将上步骤得到的成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶采用有机溶剂进行置换3-4天；所述的有机溶剂选自乙醇、环己醇、丁醇的混合物，按照1:1:1的体积比；
6)干燥：将上步骤得到的Al2O3湿凝胶采用二氧化碳超临界干燥处理，二氧化碳超临界干燥温度为40-80℃，压力为10-20MPa，制得纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶；
7)热处理：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶置于烘箱中，采用梯度升温的方式进行热处理，由室温升温至100-120℃，升温梯度为5-20℃/h，接着保温48-96h，最后冷却至室温，得到耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，即纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料。
实施例5：
耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)Al2O3溶胶的制备：将0.3mol仲丁醇铝加入到100mL乙醇/水二元体系中搅拌至澄清，再加入相当于仲丁醇铝质量0.04％的丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，然后加酸溶液搅拌均匀，静置得到Al2O3溶胶溶液；所述乙醇/水二元体系中，乙醇/水＝50：30的体积比；所述的酸溶液，选自醋酸；
2)表面预处理：在碱性条件下对纤维预制体进行表面预处理；所述的碱性条件，为30％质量浓度的氢氧化钾溶液；
3)Al2O3湿凝胶的制备：将步骤1)得到的Al2O3溶胶倒入装有步骤2)得到的经过表面预处理的纤维预制体的模具中，将Al2O3溶胶包覆纤维预制体放入真空干燥箱中进行真空浸渍8h，前2h压强保持在-0.1Mpa，随后按照0.02Mpa梯度式升压，使得Al2O3溶胶充分浸入纤维预制体孔洞之中，然后取出于室温下待其凝胶，得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
4)老化：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶经过老化，老化条件为：老化液选自15％质量浓度的氢氧化钠溶液，以25-40℃为起始温度在15℃/天的升温速度下直至60-80℃后保温3-4天后得到成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
5)溶剂置换：将上步骤得到的成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶采用有机溶剂进行置换3-4天；所述的有机溶剂选自甲醇、叔丁醇的混合物，按照1；2的体积比；
6)干燥：将上步骤得到的Al2O3湿凝胶采用二氧化碳超临界干燥处理，二氧化碳超临界干燥温度为40-80℃，压力为10-20MPa，制得纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶；
7)热处理：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶置于烘箱中，采用梯度升温的方式进行热处理，由室温升温至100-120℃，升温梯度为5-20℃/h，接着保温48-96h，最后冷却至室温，得到耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，即纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料。
实施例6：
耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)Al2O3溶胶的制备：将0.3mol仲丁醇铝加入到100mL乙醇/水二元体系中搅拌至澄清，再加入相当于仲丁醇铝质量0.05％的丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，然后加酸溶液搅拌均匀，静置得到Al2O3溶胶溶液；所述乙醇/水二元体系中，乙醇/水＝60：40的体积比；所述的酸溶液，选自草酸；
2)表面预处理：在碱性条件下对纤维预制体进行表面预处理；所述的碱性条件，为20％质量浓度的氢氧化钠溶液；
3)Al2O3湿凝胶的制备：将步骤1)得到的Al2O3溶胶倒入装有步骤2)得到的经过表面预处理的纤维预制体的模具中，将Al2O3溶胶包覆纤维预制体放入真空干燥箱中进行真空浸渍8h，前2h压强保持在-0.1Mpa，随后按照0.02Mpa梯度式升压，使得Al2O3溶胶充分浸入纤维预制体孔洞之中，然后取出于室温下待其凝胶，得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
4)老化：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶经过老化，老化条件为：老化液选自氨水，以25-40℃为起始温度在15℃/天的升温速度下直至60-80℃后保温3-4天后得到成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
5)溶剂置换：将上步骤得到的成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶采用有机溶剂进行置换3-4天；所述的有机溶剂选自异丙醇；
6)干燥：将上步骤得到的Al2O3湿凝胶采用二氧化碳超临界干燥处理，二氧化碳超临界干燥温度为40-80℃，压力为10-20MPa，制得纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶；
7)热处理：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶置于烘箱中，采用梯度升温的方式进行热处理，由室温升温至100-120℃，升温梯度为5-20℃/h，接着保温48-96h，最后冷却至室温，得到耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，即纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料。
实施例7：
耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)Al2O3溶胶的制备：将0.3mol仲丁醇铝加入到100mL乙醇/水二元体系中搅拌至澄清，再加入相当于仲丁醇铝质量0.03％的丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，然后加酸溶液搅拌均匀，静置得到Al2O3溶胶溶液；所述乙醇/水二元体系中，乙醇/水＝70：45的体积比；所述的酸溶液，选自盐酸；
2)表面预处理：在碱性条件下对纤维预制体进行表面预处理；所述的碱性条件，为10％质量浓度的氢氧化钡溶液；
3)Al2O3湿凝胶的制备：将步骤1)得到的Al2O3溶胶倒入装有步骤2)得到的经过表面预处理的纤维预制体的模具中，将Al2O3溶胶包覆纤维预制体放入真空干燥箱中进行真空浸渍8h，前2h压强保持在-0.1Mpa，随后按照0.02Mpa梯度式升压，使得Al2O3溶胶充分浸入纤维预制体孔洞之中，然后取出于室温下待其凝胶，得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
4)老化：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶经过老化，老化条件为：老化液选自10％质量浓度的氢氧化钠溶液，以25-40℃为起始温度在15℃/天的升温速度下直至60-80℃后保温3-4天后得到成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
5)溶剂置换：将上步骤得到的成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶采用有机溶剂进行置换3-4天；所述的有机溶剂选自正己烷；
6)干燥：将上步骤得到的Al2O3湿凝胶采用二氧化碳超临界干燥处理，二氧化碳超临界干燥温度为40-80℃，压力为10-20MPa，制得纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶；
7)热处理：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶置于烘箱中，采用梯度升温的方式进行热处理，由室温升温至100-120℃，升温梯度为5-20℃/h，接着保温48-96h，最后冷却至室温，得到耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，即纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料。
实施例8：
耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)Al2O3溶胶的制备：将0.3mol仲丁醇铝加入到100mL乙醇/水二元体系中搅拌至澄清，再加入相当于仲丁醇铝质量0.05％的丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，然后加酸溶液搅拌均匀，静置得到Al2O3溶胶溶液；所述乙醇/水二元体系中，乙醇/水＝80：35的体积比；所述的酸溶液，选自盐酸；
2)表面预处理：在碱性条件下对纤维预制体进行表面预处理；所述的碱性条件，为50％质量浓度的KOH溶液；
3)Al2O3湿凝胶的制备：将步骤1)得到的Al2O3溶胶倒入装有步骤2)得到的经过表面预处理的纤维预制体的模具中，将Al2O3溶胶包覆纤维预制体放入真空干燥箱中进行真空浸渍8h，前2h压强保持在-0.1Mpa，随后按照0.02Mpa梯度式升压，使得Al2O3溶胶充分浸入纤维预制体孔洞之中，然后取出于室温下待其凝胶，得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
4)老化：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶经过老化，老化条件为：老化液选自氨水，以25-40℃为起始温度在15℃/天的升温速度下直至60-80℃后保温3-4天后得到成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
5)溶剂置换：将上步骤得到的成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶采用有机溶剂进行置换3-4天；所述的有机溶剂选自丁醇、异丙醇、苯甲醇的混合物，按照1:1:2的体积比；
6)干燥：将上步骤得到的Al2O3湿凝胶采用二氧化碳超临界干燥处理，二氧化碳超临界干燥温度为40-80℃，压力为10-20MPa，制得纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶；
7)热处理：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶置于烘箱中，采用梯度升温的方式进行热处理，由室温升温至100-120℃，升温梯度为5-20℃/h，接着保温48-96h，最后冷却至室温，得到耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，即纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料。
对比例：
和实施例1相比，步骤1)中没有加入丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，其他同实施例1。
实验例：
将上述实施例和对比例得到的产品，测试技术指标，如下：
Figure BDA0002908123650000101
结果分析：
通过实施例和对比例的比较，实施例得到的Al2O3气凝胶复合材料室温热导率降低25％以上，700℃高温热导率0.051～0.055(W/m·K)，力学性能提高10％以上，这说明添加丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯可以较好的提高氧化铝气凝胶的力学性能并降低低材料热导率。丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯是一种高沸点的无色透明液体，其聚合过程中易发生交联，交联后可以提高链的刚度和耐热性，是一种较好的成型助剂。
通过实施例和对比例的基本性能的比较，说明实施例的制备方法明显优于对比例。

Claims (6)

1.耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)Al2O3溶胶的制备：将仲丁醇铝加入到乙醇/水二元体系中搅拌至澄清，再加入相当于仲丁醇铝质量0.03-0.05％的丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯，然后加酸溶液搅拌均匀，静置得到Al2O3溶胶溶液；所述仲丁醇铝和乙醇/水二元体系，按照0.3mol：100mL的比例；所述乙醇/水二元体系中，乙醇/水＝(20-85)：(30-80)的体积比；所述的酸溶液，选自醋酸、柠檬酸、草酸、硼酸、盐酸、硫酸、硝酸中的一种任意浓度的溶液；
2)表面预处理：在碱性条件下对纤维预制体进行表面预处理；
所述的碱性条件，为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种任意浓度的溶液；
所述的纤维预制体，选自玻璃纤维、氧化铝纤维、石英纤维、莫来石纤维、碳纤维、芳纶纤维的一种或几种的混合物，当混合时为任意比例；
3)Al2O3湿凝胶的制备：将步骤1)得到的Al2O3溶胶倒入装有步骤2)得到的经过表面预处理的纤维预制体的模具中，采用真空浸渍技术使得Al2O3溶胶与纤维预制体材料充分复合、凝胶，得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
4)老化：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶经过老化后得到成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶；
5)溶剂置换：将上步骤得到的成熟纤维预制体增强骨架的Al2O3湿凝胶采用有机溶剂进行置换；所述的有机溶剂选自乙醇、环己醇、丁醇、异丙醇、苯甲醇、丙酮、甲醇、叔丁醇、正己烷中的一种或几种的混合物，当混合时为任意比例；
6)干燥：将上步骤得到的Al2O3湿凝胶进行干燥处理，制得纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶；
7)热处理：将上步骤得到的纤维预制体增强骨架的Al2O3气凝胶置于烘箱中，采用梯度升温的方式进行热处理，由室温升温至100-120℃，升温梯度为5-20℃/h，接着保温48-96h，最后冷却至室温，得到耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，即纤维预制体增强的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料。
2.根据权利要求1所述的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3)所述的采用真空浸渍技术使得Al2O3溶胶与纤维预制体材料充分复合、凝胶，是将Al2O3溶胶包覆纤维预制体放入真空干燥箱中进行真空浸渍8h，前2h压强保持在-0.1Mpa，随后按照0.02Mpa梯度式升压，使得Al2O3溶胶充分浸入纤维预制体孔洞之中，然后取出于室温下待其凝胶。
3.根据权利要求1所述的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤4)所述的老化，老化条件为：以25-40℃为起始温度在15℃/天的升温速度下直至60-80℃后保温3-4天，老化液选自氨水、三乙胺、二乙胺、氢氧化钠中的一种，浓度为任意浓度。
4.根据权利要求1所述的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤5)所述的采用有机溶剂进行置换，置换时间是3-4天。
5.根据权利要求1所述的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤6)所述的干燥处理，是采用二氧化碳超临界干燥处理，二氧化碳超临界干燥温度为40-80℃，压力为10-20MPa。
6.耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料，其特征在于：采用权利要求1-5任一项所述的耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料的制备方法得到，在空气气氛中耐温性达700-800℃，密度为0.3-0.5g/cm3，抗压强度为12.85-13.63MPa，室温热导率为0.035-0.40W/(m·K)。
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