CN114100534A - 硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法 - Google Patents

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CN114100534A CN202111344859.0A CN202111344859A CN114100534A CN 114100534 A CN114100534 A CN 114100534A CN 202111344859 A CN202111344859 A CN 202111344859A CN 114100534 A CN114100534 A CN 114100534A
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张和平
潘月磊
程旭东
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Abstract

本发明公开一种硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，包括：将硅源、铝源和有机调节剂混合，进行共水解，得到硅/铝共前驱体溶胶；向所述硅/铝共前驱体溶胶中加入催化剂，搅拌均匀后，将混合液浸入到纤维增强体内，静置凝胶，得到湿凝胶复合材料；对所述湿凝胶复合材料进行超临界干燥，得到硅铝二元气凝胶复合材料；其中，所述有机调节剂包括短链醇和长链醇，其中，所述短链醇包括碳原子数小于4的醇类，所述长链醇包括碳原子数不小于4的醇类。本发明旨在提供一种步骤简单、成本低且可规模化生产的制备方法。

Description

硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及气凝胶材料生产技术领域，具体涉及一种硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法。
背景技术
气凝胶材料具有孔隙率大、比表面积高、密度小、导热系数低等优点，是当前性能较好的保温隔热材料之一。氧化硅气凝胶是最早研发的一类气凝胶保温隔热材料，导热系数<0.025W/mK，密度<0.1g/cm3,目前已经成功商业应用，在建筑外墙保温、石油化工管道、新能源汽车等领域获得较好的评价。然而，氧化硅类气凝胶高温(T>600℃)热稳定性较差，表面甲基发生严重的氧化，同时Si-OH发生自身颗粒间的高温缩聚反应，导致氧化硅次级粒子融合、增长现象严重，导热系数发生明显上升，因此氧化硅气凝胶极限使用温度不能超过600℃，如何进一步提高氧化硅气凝胶的耐温性能并研发耐高温气凝胶成为了当下气凝胶保温材料发展的主要方向之一。
通过引入耐高温氧化物单元，形成二元甚至多元过渡金属氧化物气凝胶是提升氧化硅气凝胶耐高温性能的方法之一。以硅铝二元气凝胶复合材料为例，其具有较好的耐高温性能，但其现有的制备方法存在以下缺陷：传统的工业化生产方法为三步法，具体来说，即选用性质稳定的硅源和铝源，分别水解制成溶胶后，再混合均匀，然后经凝胶化、干燥制成气凝胶，该方法能够工业化，但需要配制两条生产线，分别处理硅源和铝源，设备成本高，占地面积大且耗时耗力，经济效益较低；除此之外，中国专利CN112592150B公开了一种氧化铝-氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，利用硅溶胶和铝溶胶混合搅拌，加入碱后形成湿凝胶，最后超临界干燥得到氧化铝-氧化硅气凝胶，所得气凝胶的1000℃导热系数为0.076W/mK，该方法虽然通过直接使用硅溶胶和铝溶胶的方式实现了一步法制备湿凝胶，但是购买的硅溶胶和铝溶胶存放时间有限，若长时间堆积(超出15天)就会导致溶胶内的胶粒团聚并沉淀，最终硅溶胶和铝溶胶变质而无法使用，难以进行工业化应用。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，旨在提供一种步骤简单、成本低且可规模化生产的制备方法。
为实现上述目的，本发明提出一种硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，所述硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法包括以下步骤：
S10，将硅源、铝源和有机调节剂混合，进行共水解，得到硅/铝共前驱体溶胶；
S20，向所述硅/铝共前驱体溶胶中加入催化剂，搅拌均匀后，将混合液浸入到纤维增强体内，静置凝胶，得到湿凝胶复合材料；
S30，对所述湿凝胶复合材料进行超临界干燥，得到硅铝二元气凝胶复合材料；
其中，所述有机调节剂包括短链醇和长链醇，其中，所述短链醇包括碳原子数小于4的醇类，所述长链醇包括碳原子数不小于4的醇类。
可选地，所述有机调节剂中，所述短链醇和所述长链醇的体积比为0.2～0.6:1；和/或，
所述短链醇包括甲醇、乙醇、丙醇或者丙三醇；和/或，
所述长链醇包括异丙醇、乙二醇、环己醇、叔丁醇、丁醇和聚乙烯醇中的至少一种。
可选地，步骤S10中，所述硅源和所述铝源的体积比为0.1～10:1，且所述硅源和所述铝源的总体积与所述有机调节剂的体积的比例为1:0.01～20。
可选地，步骤S10中，所述硅源包括水玻璃、正硅酸四乙酯、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、四甲基硅烷和六甲基二硅氧烷中的至少一种；和/或，
所述铝源包括异丙醇铝、氯化铝、硝酸铝和铝粉中的至少一种。
可选地，步骤S10中，在将硅源、铝源和有机调节剂混合后，加入酸性催化剂直至溶液的pH为0.1～4。
可选地，步骤S20中，所述催化剂包括碱性物质的水溶液，且所述碱性物质的水溶液的浓度为0.08～5.7mol/L，其中，所述碱性物质包括碳酸钠、氨水、氢氧化钠、碳酸氢钠、硅酸钠以及碳酸钾中的至少一种。
可选地，步骤S20中，所述纤维增强体包括无机纤维毡；和/或，
采用浸胶或喷胶的方式将混合液浸入到纤维增强体内。
可选地，所述无机纤维毡包括玻璃纤维、石英玻璃纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、岩棉纤维或者玄武岩纤维；或者，
所述无机纤维毡为混合毡，所述混合毡包含玻璃纤维、石英玻璃纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、岩棉纤维和玄武岩纤维中的至少两种纤维。
可选地，步骤S20中，静置凝胶的时间为0.1～12h。
可选地，步骤S30中，所述超临界干燥以乙醇或二氧化碳为干燥媒介，干燥时间为1～6h，干燥压力为0.5～10MPa。
本发明提供的技术方案中，采用短链醇和长链醇互混的方式，制备有机调节剂，利用短链醇提高硅源的反应活性，利用长链醇抑制铝源的水解速率，使得硅源和铝源能够共存且匹配，并使得硅源和铝源的水解速率相匹配，从而解决了二者直接混合并水解时存在的相分离、出现絮状沉淀等缺陷，使得共水解制备硅/铝共前驱体溶胶的构想得以实现。通过共水解的方法能够直接得到硅/铝共前驱体溶胶，相较传统三步法，不仅步骤简单、操作方便、制备周期短，而且只需要一个反应釜，设备成本低且占地面积小，且制得的硅铝二元气凝胶复合材料产率稳定、成形性好、耐弯折且具有优异的中高温绝热性能；此外，由于采用的是性质稳定的硅源和铝源，从而避免了直接使用硅溶胶和铝溶胶一步法的原料存储时间短、变质的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法的流程示意图；
图2为实施例1制得的硅铝二元气凝胶复合材料的实物图；
图3为实施例1制得的硅铝二元气凝胶复合材料的SEM图；
图4为实施例1制得的硅铝二元气凝胶复合材料的导热系数-温度变化图；
图5为实施例1制得的硅铝二元气凝胶复合材料在空气中的TGA图；
图6为使用丁烷喷枪对实施例1制得的硅铝二元气凝胶复合材料进行烧蚀实验的照片。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
本发明提出一种硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，所述硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤S10，将硅源、铝源和有机调节剂混合，进行共水解，得到硅/铝共前驱体溶胶。
其中，硅源/铝源可以是任意一种市面常见的硅源/铝源，其具体种类，本发明对此不做限定。具体地，本实施例中，所述硅源包括水玻璃、正硅酸四乙酯、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、四甲基硅烷和六甲基二硅氧烷中的至少一种，即，硅源可以是水玻璃、正硅酸四乙酯、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、四甲基硅烷和六甲基二硅氧烷中的任意一种、或者任意两种的混合物、或者任意多种(三种及以上)的混合物；所述铝源包括异丙醇铝、氯化铝、硝酸铝和铝粉中的至少一种，即，铝源可以是异丙醇铝、氯化铝、硝酸铝和铝粉中的任意一种、或者任意两种的混合物、或者任意多种(三种及以上)的混合物。需要说明的是，当铝源为铝粉时，可以先用稀酸(例如，0.1～1mol/L的盐酸)溶解后再使用。硅溶胶和铝溶胶保藏期短、易变质，以其为原料，由于原料一旦变质，就会影响产品品质，导致产品不合格，如果用于工业化生产，其较短的保藏期会导致质控压力和生产压力都极大。相较而言，本实施例以硅源和铝源为原料，硅源和铝源性质稳定、耐存放，用于工业化生产，生产压力和质控压力小，且不容易造成浪费。
其中，所述有机调节剂包括短链醇和长链醇，其中，所述短链醇包括碳原子数小于4的醇类，所述长链醇包括碳原子数不小于4的醇类。硅源在短链醇中的高反应性有助于提高水解反应速率，同时，长链醇的惰性特性会降低高活性的铝源的水解速率，本发明通过采用有机调节剂使得硅源和铝源能够共存且匹配，并使得硅源和铝源的水解速率相匹配，从而解决了二者直接混合并水解时存在的相分离、出现絮状沉淀等缺陷，解决了硅源和铝源难以共水解的难题，使得共水解制备硅/铝共前驱体溶胶的构想得以实现。
进一步地，所述有机调节剂中，所述短链醇和所述长链醇的体积比为0.2～0.6:1，例如，所述短链醇和所述长链醇的体积比可以是0.2:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1。当所述短链醇和所述长链醇的体积比控制在0.2～0.6:1，基本能够使得硅源和铝源的水解速率相匹配。
此外，有机调节剂中，短链醇可以是任意一种碳原子总数少于4的醇类化合物，本发明不做限定。作为优选，短链醇包括甲醇、乙醇、丙醇或者丙三醇，即短链醇可以是甲醇、乙醇、丙醇和丙三醇中的任意一种。长链醇是指碳原子总数等于4或者大于4的醇类化合物，其可以是纯化合物，也可以是几种醇的混合物。具体地，所述长链醇包括异丙醇、乙二醇、环己醇、叔丁醇、丁醇和聚乙烯醇中的至少一种，即，可以是异丙醇、乙二醇、环己醇、叔丁醇、丁醇和聚乙烯醇中的任意一种、或者任意两种的混合物、或者任意多种(三种及以上)的混合物。
本发明反应速率可控。具体地，步骤S10中，所述硅源和所述铝源的体积比为0.1～10:1，且所述硅源和所述铝源的总体积与所述有机调节剂的体积的比例为1:0.01～20。需要说明的是，硅源和铝源在使用前需要均用水或稀酸溶解成相同摩尔浓度后再混合，所述硅源和所述铝源的体积比是指硅源溶液和铝源溶液的体积比。本发明通过调控硅源、铝源和有机调节剂的比例，使得所述硅源和所述铝源的体积比控制在0.1～10:1范围内，并控制所述硅源和所述铝源的总体积与所述有机调节剂的体积的比例为1:0.01～20，如此，能够精准地调控水解反应速率，得到品质较好，且，Si-OH胶粒和Al-OH胶粒均匀互混的共前驱体溶胶，从而保证了最终气凝胶材料的两相均匀性和孔均匀性，优化了耐高温性能和隔热性能。
此外，在一些实施例中，为了提高水解效率，在进行步骤S10时，还可以采用催化剂。具体地，本实施例中，所述步骤S10可以按照如下步骤实施：
步骤S11，将硅源、铝源和有机调节剂混合均匀后，加入酸性催化剂直至溶液的pH为0.1～4，进行共水解，得到硅/铝共前驱体溶胶。
其中，酸性催化剂能够催化共水解。具体地，酸性催化剂可以为酸性水溶液，且该酸性水溶液中溶质的总浓度为0.05～19.6mol/L；其中，溶质包括HCl、HF、HBr、H2SO4、H3PO4、HNO3、草酸和冰醋酸中的至少一种。
步骤S20，向所述硅/铝共前驱体溶胶中加入催化剂，搅拌均匀后，将混合液浸入到纤维增强体内，静置凝胶，得到湿凝胶复合材料。
其中，所述催化剂包括碱性物质的水溶液，且所述碱性物质的水溶液的浓度为0.08～5.7mol/L，其中，所述碱性物质包括碳酸钠、氨水、氢氧化钠、碳酸氢钠、硅酸钠以及碳酸钾中的至少一种。
其中，所述纤维增强体包括无机纤维毡。具体地，所述无机纤维毡可以是单一纤维材质的纤维毡，例如，玻璃纤维、石英玻璃纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、岩棉纤维或者玄武岩纤维；也可以是两种或两种以上纤维混合制成的混合毡，例如，可以是玻璃纤维、石英玻璃纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、岩棉纤维和玄武岩纤维中的至少两种纤维混合制成的混合毡。
本实施例中，在将混合液浸入到纤维增强体内时，可以采用浸胶或喷胶的方式。静置凝胶的时间为0.1～12h。
步骤S30，对所述湿凝胶复合材料进行超临界干燥，得到硅铝二元气凝胶复合材料。
本实施例中，所述超临界干燥以乙醇或二氧化碳为干燥媒介，干燥时间为1～6h，干燥压力为0.5～10MPa。
本发明提供的技术方案中，采用短链醇和长链醇互混的方式，制备有机调节剂，利用短链醇提高硅源的反应活性，利用长链醇抑制铝源的水解速率，使得硅源和铝源能够共存且匹配，并使得硅源和铝源的水解速率相匹配，从而解决了二者直接混合并水解时存在的相分离、出现絮状沉淀等缺陷，使得共水解制备硅/铝共前驱体溶胶的构想得以实现。通过共水解的方法能够直接得到硅/铝共前驱体溶胶，相较传统三步法，不仅步骤简单、操作方便、制备周期短，而且只需要一个反应釜，设备成本低且占地面积小，且制得的硅铝二元气凝胶复合材料产率稳定、成形性好、耐弯折且具有优异的中高温绝热性能；此外，由于采用的是性质稳定的硅源和铝源，从而避免了直接使用硅溶胶和铝溶胶一步法的原料存储时间短、变质的问题。
本发明成本低、工序简单易操作、反应条件温和、可控程度高、制备周期短、产率稳定，可以规模化生产，且制得的硅铝二元气凝胶复合材料在室温下的导热系数<0.025W/mK，在高温1000℃下的导热系数<0.085W/mK，密度<0.15g/cm3，孔隙率>85％，热稳定>1200℃，耐高温性能好，能够直接应用于高温隔热领域。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
取45.7mL正硅酸四乙酯与26.3mL异丙醇铝混合搅拌，加入有机调节剂(16.5mL乙醇和8.4mL叔丁醇混合物)一起搅拌均匀。然后滴加0.06mol/L的HCl水溶液，直至混合液pH值到3时停止。
随后滴加3.5mL浓度为0.08mol/L的氢氧化钠水溶液搅拌均匀后，将上述溶液以喷胶的形式浸润到硅酸铝纤维毡上，室温静置凝胶老化6h。将凝胶后的湿凝胶纤维复合材料放入超临界高压釜中，设置干燥压力为6MPa，干燥3.5h，最终得到耐高温硅/铝二元气凝胶复合材料。
所得的硅铝二元气凝胶复合材料的实物图见图2，从图中可以看出，其成形性较好且耐弯折，密度0.11g/cm3。电镜观察硅铝二元气凝胶复合材料的微观结构，如图3所示，硅铝二元气凝胶复合材料的微观结构是由纳米颗粒组成的三维网络结构，且经测试，其纳米颗粒的粒径为6-15nm，三维网络结构的孔径为10-20nm，孔隙率为91％。
进一步对硅铝二元气凝胶复合材料的性能进行考察，结果如图4-6所示。
(一)图4为硅铝二元气凝胶复合材料的导热系数随温度变化的趋势图，从图中可以看出，硅铝二元气凝胶复合材料在室温下的导热系数仅为0.021W/mK，远低于空气的导热系数0.026W/mK；在高温1000℃下的导热系数为0.082W/mK，展现出了优异的中高温绝热性能。
(二)采用热重分析法对硅铝二元气凝胶复合材料的耐高温性能进行考察，图5为硅铝二元气凝胶复合材料在空气中的TGA图。从图中可以看到，气凝胶最高耐热温度为1261℃，超过极限温度后才会发生自身的热聚合反应导致材料失效，展现了该气凝胶优异的耐高温性能。
(三)使用丁烷喷枪对硅铝二元气凝胶复合材料进行烧蚀实验，照片如图6所示，结果显示，气凝胶在超过1200℃喷枪火焰烧蚀后，气凝胶结构保持完整并且未出现重量损失，具备良好的抗烧蚀能力。
实施例2
取酸化水玻璃36.4mL与42.8mL异丙醇铝混合搅拌，加入有机调节剂(12.3mL乙醇和10.9mL丁醇混合物)一起搅拌均匀。然后滴加0.12mol/L的H2SO4水溶液，直至混合液pH值到2.8时停止。
随后滴加4.8mL浓度为0.09mol/L的氨水搅拌均匀后，将上述溶液以浸胶的形式浸润到硅酸铝纤维毡上，室温静置凝胶老化6h。将凝胶后的湿凝胶纤维复合材料放入超临界高压釜中，设置干燥压力为10MPa，干燥2.4h，最终得到耐高温硅/铝二元气凝胶复合材料。
经检测，所得气凝胶由大量纳米颗粒构成，纳米颗粒的粒径为10-23nm,孔径为7-16nm，密度0.16g/cm3，孔隙率87％；且该复合材料在室温下的导热系数仅为0.024W/mK，在高温1000℃下的导热系数为0.084W/mK，最大耐热温度1310℃。
实施例3
取正硅酸四乙酯4.28mL与42.8mL硝酸铝混合搅拌，加入有机调节剂(7.88mL甲醇、10mL异丙醇和29.2mL环己醇的混合物)一起搅拌均匀。然后滴加19.6mol/L的H3PO4水溶液，直至混合液pH值到0.1时停止。
随后滴加4.8mL浓度为0.09mol/L的氨水搅拌均匀后，将上述溶液以浸胶的形式浸润到无机纤维毡(玻璃纤维和石英玻璃纤维的混合毡)上，室温静置凝胶老化2h。将凝胶后的湿凝胶纤维复合材料放入超临界高压釜中，设置干燥压力为0.5MPa，干燥6h，最终得到耐高温硅/铝二元气凝胶复合材料。
经检测，所得气凝胶由大量纳米颗粒构成，纳米颗粒的粒径为10-23nm,孔径为15-27nm，密度0.12g/cm3，孔隙率92％；且该复合材料在室温下的导热系数仅为0.024W/mK，在高温1000℃下的导热系数为0.076W/mK，最大耐热温度1265℃。
实施例4
取91.4mL硅源(正硅酸四乙酯和水玻璃)与56mL铝源(硝酸铝和氯化铝)混合搅拌，加入有机调节剂(0.73mL丙醇和0.74mL乙二醇混合物)一起搅拌均匀。然后滴加0.05mol/L的冰醋酸水溶液，直至混合液pH值到4时停止。
随后滴加4.8mL浓度为0.09mol/L的碱性水溶液(溶质为碳酸钠、碳酸钾和碳酸氢钠的混合物)搅拌均匀后，将上述溶液以浸胶的形式浸润到陶瓷纤维毡上，室温静置凝胶老化0.1h。将凝胶后的湿凝胶纤维复合材料放入超临界高压釜中，设置干燥压力为10MPa，干燥2.4h，最终得到耐高温硅/铝二元气凝胶复合材料。
经检测，所得气凝胶由大量纳米颗粒构成，纳米颗粒的粒径为10-23nm,孔径为5-14nm，密度0.12g/cm3，孔隙率95％；且该复合材料在室温下的导热系数仅为0.020W/mK，在高温1000℃下的导热系数为0.068W/mK，最大耐热温度1350℃。
实施例5
取15mL硅源(甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和四甲基硅烷的混合液)与1.5mL氯化铝混合搅拌，加入有机调节剂(283mL乙醇、10mL叔丁醇和37mL异丙醇混合物)一起搅拌均匀。然后滴加0.12mol/L的HBr水溶液，直至混合液pH值到2.8时停止。
随后滴加4.8mL浓度为0.08mol/L的硅酸钠水溶液搅拌均匀后，将上述溶液以浸胶的形式浸润到无机纤维毡(氧化铝纤维和氧化锆纤维的混合毡)上，室温静置凝胶老化12h。将凝胶后的湿凝胶纤维复合材料放入超临界高压釜中，设置干燥压力为10MPa，干燥2.4h，最终得到耐高温硅/铝二元气凝胶复合材料。
经检测，所得气凝胶由大量纳米颗粒构成，纳米颗粒的粒径为8-17nm,孔径为10-26nm，密度0.11g/cm3，孔隙率94％；且该复合材料在室温下的导热系数仅为0.023W/mK，在高温1000℃下的导热系数为0.069W/mK，最大耐热温度1290℃。
实施例6
取36.4mL六甲基二硅氧烷与42.8mL氯化铝混合搅拌，加入有机调节剂(12.3mL丙三醇和10.9mL聚乙烯醇混合物)一起搅拌均匀。然后滴加0.12mol/L的HCl水溶液，直至混合液pH值到2.8时停止。
随后滴加4.8mL浓度为5.7mol/L的氢氧化钠水溶液搅拌均匀后，将上述溶液以浸胶的形式浸润到无机纤维毡(岩棉纤维和玄武岩纤维的混合毡)上，室温静置凝胶老化10h。将凝胶后的湿凝胶纤维复合材料放入超临界高压釜中，设置干燥压力为10MPa，干燥2.4h，最终得到耐高温硅/铝二元气凝胶复合材料。
经检测，所得气凝胶由大量纳米颗粒构成，纳米颗粒的粒径为10-23nm,孔径为7-16nm，密度0.11g/cm3，孔隙率94％；且该复合材料在室温下的导热系数仅为0.021W/mK，在高温1000℃下的导热系数为0.074W/mK，最大耐热温度1345℃。
综上所述，本发明成本低、工序简单易操作、反应条件温和、可控程度高、制备周期短、产率稳定，可以规模化生产，且制得的硅铝二元气凝胶复合材料在室温下的导热系数<0.025W/mK，在高温1000℃下的导热系数<0.085W/mK，密度<0.15g/cm3，孔隙率>85％，热稳定>1200℃，耐高温性能好，能够直接应用于高温隔热领域。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10，将硅源、铝源和有机调节剂混合，进行共水解，得到硅/铝共前驱体溶胶；
S20，向所述硅/铝共前驱体溶胶中加入催化剂，搅拌均匀后，将混合液浸入到纤维增强体内，静置凝胶，得到湿凝胶复合材料；
S30，对所述湿凝胶复合材料进行超临界干燥，得到硅铝二元气凝胶复合材料；
其中，所述有机调节剂包括短链醇和长链醇，其中，所述短链醇包括碳原子数小于4的醇类，所述长链醇包括碳原子数不小于4的醇类。
2.如权利要求1所述的硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机调节剂中，所述短链醇和所述长链醇的体积比为0.2～0.6:1；和/或，
所述短链醇包括甲醇、乙醇、丙醇或者丙三醇；和/或，
所述长链醇包括异丙醇、乙二醇、环己醇、叔丁醇、丁醇和聚乙烯醇中的至少一种。
3.如权利要求1所述的硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S10中，所述硅源和所述铝源的体积比为0.1～10:1，且所述硅源和所述铝源的总体积与所述有机调节剂的体积的比例为1:0.01～20。
4.如权利要求1所述的硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S10中，所述硅源包括水玻璃、正硅酸四乙酯、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、四甲基硅烷和六甲基二硅氧烷中的至少一种；和/或，
所述铝源包括异丙醇铝、氯化铝、硝酸铝和铝粉中的至少一种。
5.如权利要求1所述的硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S10中，在将硅源、铝源和有机调节剂混合后，加入酸性催化剂直至溶液的pH为0.1～4。
6.如权利要求1所述的硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述催化剂包括碱性物质的水溶液，且所述碱性物质的水溶液的浓度为0.08～5.7mol/L，其中，所述碱性物质包括碳酸钠、氨水、氢氧化钠、碳酸氢钠、硅酸钠以及碳酸钾中的至少一种。
7.如权利要求1所述的硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述纤维增强体包括无机纤维毡；和/或，
采用浸胶或喷胶的方式将混合液浸入到纤维增强体内。
8.如权利要求7所述的硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述无机纤维毡包括玻璃纤维、石英玻璃纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、岩棉纤维或者玄武岩纤维；或者，
所述无机纤维毡为混合毡，所述混合毡包含玻璃纤维、石英玻璃纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、岩棉纤维和玄武岩纤维中的至少两种纤维。
9.如权利要求1所述的硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S20中，静置凝胶的时间为0.1～12h。
10.如权利要求1所述的硅铝二元气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S30中，所述超临界干燥以乙醇或二氧化碳为干燥媒介，干燥时间为1～6h，干燥压力为0.5～10MPa。
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