CN115974539A - 一种块状耐高温莫来石陶瓷气凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气凝胶材料的制备工艺领域，涉及一种块状耐高温莫来石陶瓷气凝胶材料的制备方法；尤其设计一种溶胶‑凝胶法结合超临界干燥工艺及热处理工艺条件制备块状耐高温莫来石气凝胶的方法。该方法利用廉价的原材料和简单的制备工艺制备出块状耐高莫来石陶瓷气凝胶，将气凝胶在空气中的耐温性提升至1300℃，在节能、化工、航空等领域具有重大的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于气凝胶材料的制备工艺领域，涉及一种块状耐高温莫来石陶瓷气凝胶材料的制备方法；尤其设计一种溶胶-凝胶法结合超临界干燥工艺及热处理工艺条件制备块状耐高温莫来石陶瓷气凝胶的方法。
背景技术
气凝胶作为一种纳米多孔材料，其具有连续三维纳米多孔网络结构，赋予其超低密度、高比表面积、高孔隙率等特性。气凝胶独特的网络结构可以有效限制热量传输，可以有效抑制气体分子的对流传热和固体热传导，其隔热性能远远优于传统隔热材料。传统的氧化硅气凝胶的使用温度为650℃左右，当温度超过800℃后，氧化硅气凝胶多孔结构会发生坍塌。氧化铝气凝胶的使用温度可以达到1000℃，但当温度达到1200℃以上时就会发生晶型转变，导致结构坍塌，从而使热导率上升。莫来石相较于氧化铝具有更好的热稳定性，将其制备成气凝胶结构可以使进一步提高氧化物气凝胶的使用温度。传统的方法是在氧化铝气凝胶中加入硅元素使之生成莫来石相，提升使用温度，如CN201410510404.5同济大学沈军等水热法制备了硅改性的氧化铝气凝胶，有效的抑制了氧化铝的晶相转变，使用温度得到提升，但氧化物气凝胶力学性能较差，影响使用性能，且没有形成莫来石单相。CN201910954101.5公开了一种柔性莫来石纤维气凝胶材料的制备方法，具有良好的柔韧性、可压缩性、耐火性、耐高低温性和隔热保温性能，但纺丝法生成效率低。CN202111342887.9公开一种超轻耐高温块状莫来石气凝胶的制备方法，通过本发明方法得到的块状莫来石气凝胶，但其制备工艺复杂，所使用的含铝二维多孔、结晶的金属共价有机框架材料为铝源，较为昂贵，很难实现大规模生产。因此，本发明制备了一种工艺简单、高耐温性的莫来石陶瓷气凝胶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、高耐温性的块状耐高温莫来石陶瓷气凝胶的制备方法。本发明利用溶胶凝胶法以无机铝盐和有机硅源为生成的莫来石的原料，采用溶胶凝胶法制备湿凝胶，并通过二氧化碳超临界干燥工艺和热处理工艺制备莫来石陶瓷气凝胶，此方法生成纯相的莫来石陶瓷气凝胶，用料和工艺简单，微观结构可控性好，制备出的气凝胶材料相较于传统的氧化物气凝胶具有更高的耐温性和高温稳定性，对实现气凝胶材料在节能、化工、航空等多个领域应用具备积极的生产意义。
本发明的技术方案为：一种块状耐高温莫来石陶瓷气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
(1)硅铝溶胶的制备
将铝源、硅源、醇、水均匀混合后，在20～50℃的温度下搅拌0.5～3h，得到水解的氧化铝氧化硅二元溶胶体系；
(2)有机溶胶的制备
将酚、醛、醇均匀混合后，在20～50℃的温度下搅拌0.5～3h，有机酚醛溶胶体系；(3)RF/Al2O3-SiO2湿凝胶的制备
将步骤(1)和步骤(2)中的两种溶胶进行混合搅拌，加入促凝剂搅拌均匀后倒入磨具中在烘箱中反应至凝胶，凝胶后放置2～24h；
(4)凝胶老化
将步骤(3)中的湿凝胶中加入老化液，在30～75℃的烘箱中置换5～14次每次6～12h；
(5)湿凝胶干燥
将步骤(4)中置换结束的湿凝胶进行超临界干燥处理，得到有机体系复合铝硅气凝胶；
(6)碳-莫来石陶瓷气凝胶的制备
将步骤(5)中得到的复合气凝胶在惰性氛围气体保护下进行热处理，从而得到碳/莫来石复合气凝胶；
(7)莫来石陶瓷气凝胶的制备
将步骤(6)中得到的碳-莫来石复合气凝胶置于空气氛围中进行煅烧除碳，从而得到最终的块状多孔莫来石气凝胶材料。
优选步骤(1)中硅源、铝源、醇和水按照1：(1～4)：(2～8)：(20～50)的摩尔比进行混合；步骤(2)中酚、醛和醇按照1：(0.5～4)：(10～30)的摩尔比进行混合。
优选步骤(1)中所述的铝源为六水氯化铝、九水硝酸铝或十八水硫酸铝中的一种或几种混合物；所述的硅源为硅酸四甲酯、硅酸四乙酯、硅酸四异丙酯、硅酸四丁酯或硅酸四苯酯中的一种或其混合物。
优选步骤(2)中所述的酚为邻苯二酚、间苯二酚、甲酚、对苯二酚、氨基酚、硝基酚或均苯三酚中的一种或其混合物；醛为甲醛、乙醛、肉桂醛、丁醛、茴香醛中的一种或其混合物。
优选步骤(3)中两种体系溶胶按照铝源与酚为1：(0.25～4)的摩尔比进行混合，搅拌时间为0.5～3h；所述的促凝剂为环氧丙烷或环氧氯丙烷中的一种或两种混合物；按照铝源与促凝剂为1：(6～12)的摩尔比混合，搅拌时间为10～30min，在40～70℃的烘箱里凝胶。
优选步骤(4)中所述的老化液为乙醇、甲醇、丙酮、乙醚、正戊醇或异丙醇中的一种或其混合物。
优选步骤(5)中所述的超临界干燥法为二氧化碳超临界干燥法：以二氧化碳作为干燥介质，反应温度为45～65℃，高压反应釜内压强为8～12MPa，放气速率为4～16L/min，干燥时间为5～14h。
优选步骤(6)中的惰性气氛为氩气、氮气或氦气，热处理温度为1300～1500℃，升温速度为2～8℃/min，热处理时间为3～8h。
优选步骤(7)中所述的空气气氛热处理温度为400～800℃，升温速率为1～10℃/min，热处理时间为2～5h。
有益效果：
(1)工艺简单。采用溶胶-凝胶法，同时引入碳源、铝源和硅源，并通过后续的超临界干燥、碳化和碳热还原过程，硅源和铝源生成莫来石相，最后再通过空气热煅烧去处碳模板，从而最终制得块状低热导率的莫来石陶瓷气凝胶。
(2)原位生成莫来石相。本专利中莫来石是原位生成的，是通过硅源和铝源在高温下的碳热还原过程得到的，因此结构更加精细，同时由于碳模板的存在，制备的材料孔隙率更高，比表面积更大。
(3)本方法中制备的莫来石陶瓷气凝胶材料为完整块状，进一步提高了氧化物气凝胶的耐温性，这对于实现莫来石陶瓷气凝胶材料在节能、化工、航空等领域的应用具备积极的意义。
附图说明
图1是实例1中惰性气氛下莫来石陶瓷气凝胶热处理1400℃的样品图；
图2是实例2中经800℃除碳后的莫来石陶瓷气凝胶XRD衍射图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步说明，但保护范围并不限于此。
实例1
将正硅酸四乙酯、六水氯化铝、乙醇、水按摩尔比为1:2：2：50的比例混合均匀，在20℃的温度下搅拌3h,得到水解的氧化铝二氧化硅二元溶胶体系。然后将间苯二酚、甲醛、乙醇按摩尔比为1:0.5:10的比例进行混合在20℃的温度下搅拌3h,得到有机酚醛溶胶体系。然后将两种体系溶胶按照铝源与酚为1:0.25的比例进行混合，搅拌0.5h后，按照铝与促凝剂的摩尔比为1:8的比例加入环氧丙烷搅拌10min，倒入模具中，在50℃的烘箱中凝胶。凝胶后放置2h后加入乙醇老化液，在30℃的烘箱中置换5次，每次12h。然后对该湿凝胶进行CO2超临界干燥处理，超临界反应温度为45℃。反应釜压强为8MPa，放气速率为4L/min，干燥时间为14h后得到有机体系复合的铝硅气凝胶。将该复合气凝胶在氩气氛围气体保护下进行1300℃热处理，升温速度为2℃/min，保温时间为8h，从而得到碳/莫来石陶瓷气凝胶。最后将得到的碳/莫来石陶瓷气凝胶置于空气氛围中400℃下进行煅烧除碳，升温速率1℃/min，保温时间5h，从而得到最终的块状多孔莫来石陶瓷气凝胶材料。经过表征发现，块状耐高温莫来石陶瓷气凝胶材料的密度为0.129g/cm3，比表面积为394m2/g，耐温性超过1300℃。所制得的莫来石陶瓷气凝胶材料的实物照片如图1所示，从图1可以看出，热处理后的莫来石陶瓷气凝胶仍然具有完整的结构，没有破损，具有良好的热稳定性。
实例2
将硅酸四甲酯、九水硝酸铝、乙醇、水按摩尔比为1:4：8：40的比例混合均匀，在50℃的温度下搅拌0.5h,得到水解的氧化铝二氧化硅二元溶胶体系。然后将临苯二酚、乙醛、乙醇按摩尔比为1:4:30的比例进行混合在50℃的温度下搅拌0.5h,得到有机酚醛溶胶体系。然后将两种体系溶胶按照铝源与酚为1:4的比例进行混合，搅拌1h后，按照铝与促凝剂的摩尔比为1:6的比例加入环氧氯丙烷搅拌30min，倒入模具中，在60℃的烘箱中凝胶。凝胶后放置24h后加入甲醇老化液，在75℃的烘箱中置换14次，每次6h。然后对该湿凝胶进行CO2超临界干燥处理，超临界反应温度为50℃。反应釜压强为10MPa，放气速率为16L/min，干燥时间为5h后得到有机体系复合的铝硅气凝胶。将该复合气凝胶在氮气氛围气体保护下进行1400℃热处理，升温速度为8℃/min，保温时间为3h，从而得到碳/莫来石陶瓷气凝胶。最后将得到的碳/莫来石陶瓷气凝胶置于空气氛围中800℃下进行煅烧除碳，升温速率10℃/min，保温时间2h，从而得到最终的块状多孔莫来石陶瓷气凝胶材料。经过表征发现，莫来石陶瓷气凝胶的密度为0.130g/cm3，比表面积为388m2/g。图2是除碳后的莫来石陶瓷气凝胶的XRD图，从图中可以看出，所有峰均为莫来石的特征峰，证明样品为单相的莫来石陶瓷气凝胶。
实例3
将硅酸四异丙酯、十八水硫酸铝、乙醇、水按摩尔比为1：4：8：20的比例混合均匀，在40℃的温度下搅拌1h,得到水解的氧化铝二氧化硅二元溶胶体系。然后将对苯二酚、丁醛、乙醇按摩尔比为1:2:20的比例进行混合在40℃的温度下搅拌1h,得到有机酚醛溶胶体系。然后将两种体系溶胶按照铝源与酚为1:1的比例进行混合，搅拌3h后，按照铝与促凝剂的摩尔比为1:12的比例加入环氧丙烷搅拌15min，倒入模具中，在40℃的烘箱中凝胶。凝胶后放置12h后加入异丙醇老化液，在50℃的烘箱中置换10次，每次8h。然后对该湿凝胶进行CO2超临界干燥处理，超临界反应温度为65℃。反应釜压强为12MPa，放气速率为8L/min，干燥时间为7h后得到有机体系复合的铝硅气凝胶。将该复合气凝胶在氦气氛围气体保护下进行1500℃热处理，升温速度为6℃/min，保温时间为5h，从而得到碳/莫来石陶瓷气凝胶。最后将得到的碳/莫来石陶瓷气凝胶置于空气氛围中600℃下进行煅烧除碳，升温速率5℃/min，保温时间3h，从而得到最终的块状多孔莫来石陶瓷气凝胶材料。经过表征发现，块状耐高温莫来石陶瓷气凝胶材料的密度为0.124g/cm3，比表面积为391m2/g。在1500℃氦气条件下热处理5h后，气凝胶样品仍具有完整的结构，具有优异的热稳定性。
实例4
将硅酸四丁酯、六水氯化铝、乙醇、水按摩尔比为1:3：6：30的比例混合均匀，在30℃的温度下搅拌2h,得到水解的氧化铝二氧化硅二元溶胶体系。然后将甲酚、丁醛、乙醇按摩尔比为1:3:23的比例进行混合在30℃的温度下搅拌1h,得到有机酚醛溶胶体系。然后将两种体系溶胶按照铝源与酚为1:2的比例进行混合，搅拌2h后，按照铝与促凝剂的摩尔比为1:9的比例加入环氧氯丙烷搅拌20min，倒入模具中，在70℃的烘箱中凝胶。凝胶后放置16h后加入丙酮老化液，在50℃的烘箱中置换9次，每次10h。然后对该湿凝胶进行CO2超临界干燥处理，超临界反应温度为50℃。反应釜压强为10MPa，放气速率为6L/min，干燥时间为8h后得到有机体系复合的铝硅气凝胶。将该复合气凝胶在氩气氛围气体保护下进行1350℃热处理，升温速度为5℃/min，保温时间为6h，从而得到碳/莫来石陶瓷气凝胶。最后将得到的碳/莫来石陶瓷气凝胶置于空气氛围中700℃下进行煅烧除碳，升温速率6℃/min，保温时间4h，从而得到最终的块状多孔莫来石陶瓷气凝胶材料。经过表征发现，块状耐高温莫来石陶瓷气凝胶材料的密度为0.131g/cm3，比表面积为396m2/g。在1350℃氩气条件下热处理6h后，气凝胶样品仍具有完整的结构，具有优异的热稳定性。
实例5
将硅酸四苯酯、九水硝酸铝、乙醇、水按摩尔比为1：1：5：40的比例混合均匀，在40℃的温度下搅拌1.5h,得到水解的氧化铝二氧化硅二元溶胶体系。然后将氨基酚、肉桂醛、乙醇按摩尔比为1:2:25的比例进行混合在40℃的温度下搅拌1.5h,得到有机酚醛溶胶体系。然后将两种体系溶胶按照铝源与酚为1:3的比例进行混合，搅拌0.5h后，按照铝与促凝剂的摩尔比为1:8的比例加入环氧氯丙烷搅拌20min，倒入模具中，在50℃的烘箱中凝胶。凝胶后放置24h后加入正戊醇老化液，在50℃的烘箱中置换12次，每次7h。然后对该湿凝胶进行CO2超临界干燥处理，超临界反应温度为55℃。反应釜压强为11MPa，放气速率为5L/min，干燥时间为9h后得到有机体系复合的铝硅气凝胶。将该复合气凝胶在氮气氛围气体保护下进行1400℃热处理，升温速度为5℃/min，保温时间为6h，从而得到碳/莫来石陶瓷气凝胶。最后将得到的碳/莫来石陶瓷气凝胶置于空气氛围中600℃下进行煅烧除碳，升温速率5℃/min，保温时间5h，从而得到最终的块状多孔莫来石陶瓷气凝胶材料。经过表征发现，块状耐高温莫来石陶瓷气凝胶材料的密度为0.132g/cm3，比表面积为400m2/g。在1400℃氮气条件下热处理6h后，气凝胶样品仍具有完整的结构，具有优异的热稳定性。
Claims (9)
1.一种块状耐高温莫来石陶瓷气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
(1)硅铝溶胶的制备
将铝源、硅源、醇、水均匀混合后，在20～50℃的温度下搅拌0.5～3h，得到水解的氧化铝氧化硅二元溶胶体系；
(2)有机溶胶的制备
将酚、醛、醇均匀混合后，在20～50℃的温度下搅拌0.5～3h，有机酚醛溶胶体系；(3)RF/Al2O3-SiO2湿凝胶的制备
将步骤(1)和步骤(2)中的两种溶胶进行混合搅拌，加入促凝剂搅拌均匀后倒入磨具中在烘箱中反应至凝胶，凝胶后放置2～24h；
(4)凝胶老化
将步骤(3)中的湿凝胶中加入老化液，在30～75℃的烘箱中置换5～14次每次6～12h；
(5)湿凝胶干燥
将步骤(4)中置换结束的湿凝胶进行超临界干燥处理，得到有机体系复合铝硅气凝胶；
(6)碳-莫来石陶瓷气凝胶的制备
将步骤(5)中得到的复合气凝胶在惰性氛围气体保护下进行热处理，从而得到碳/莫来石复合气凝胶；
(7)莫来石陶瓷气凝胶的制备
将步骤(6)中得到的碳-莫来石复合气凝胶置于空气氛围中进行煅烧除碳，从而得到最终的块状多孔莫来石气凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的步骤(1)中硅源、铝源、醇和水按照1：(1～4)：(2～8)：(20～50)的摩尔比进行混合；步骤(2)中酚、醛和醇按照1：(0.5～4)：(10～30)的摩尔比进行混合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的铝源为六水氯化铝、九水硝酸铝或十八水硫酸铝中的一种或几种混合物；所述的硅源为硅酸四甲酯、硅酸四乙酯、硅酸四异丙酯、硅酸四丁酯或硅酸四苯酯中的一种或其混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的酚为邻苯二酚、间苯二酚、甲酚、对苯二酚、氨基酚、硝基酚或均苯三酚中的一种或其混合物；醛为甲醛、乙醛、肉桂醛、丁醛、茴香醛中的一种或其混合物。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中两种体系溶胶按照铝源与酚为1：(0.25～4)的摩尔比进行混合，搅拌时间为0.5～3h；所述的促凝剂为环氧丙烷或环氧氯丙烷中的一种或两种混合物；按照铝源与促凝剂为1：(6～12)的摩尔比混合，搅拌时间为10～30min，在40～70℃的烘箱里凝胶。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述的老化液为乙醇、甲醇、丙酮、乙醚、正戊醇或异丙醇中的一种或其混合物。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述的超临界干燥法为二氧化碳超临界干燥法：以二氧化碳作为干燥介质，反应温度为45～65℃，高压反应釜内压强为8～12MPa，放气速率为4～16L/min，干燥时间为5～14h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(6)中的惰性气氛为氩气、氮气或氦气，热处理温度为1300～1500℃，升温速度为2～8℃/min，热处理时间为3～8h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(7)中所述的空气气氛热处理温度为400～800℃，升温速率为1～10℃/min，热处理时间为2～5h。
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Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
| US5338707A (en) * | 1991-05-21 | 1994-08-16 | Tomoyuki Inui | Process for production of high-purity mullites |
| CN1401565A (zh) * | 2002-08-19 | 2003-03-12 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种高比表面积碳化硅及其制备方法 |
| CN1810722A (zh) * | 2006-01-10 | 2006-08-02 | 南京航空航天大学 | 一种莫来石陶瓷低温烧结方法 |
| CN103242027A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-08-14 | 浙江大学 | 多孔莫来石块体的制备方法 |
| CN104402397A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-03-11 | 南京工业大学 | 耐高温块状SiO2-Al2O3复合气凝胶隔热材料的制备方法 |
| CN106431491A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-02-22 | 南京工业大学 | 块状高比表莫来石‑碳化硅复合气凝胶材料的制备方法 |
| CN114132940A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-03-04 | 巢湖学院 | 一种超轻耐高温块状莫来石气凝胶的制备方法 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5338707A (en) * | 1991-05-21 | 1994-08-16 | Tomoyuki Inui | Process for production of high-purity mullites |
| CN1401565A (zh) * | 2002-08-19 | 2003-03-12 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种高比表面积碳化硅及其制备方法 |
| CN1810722A (zh) * | 2006-01-10 | 2006-08-02 | 南京航空航天大学 | 一种莫来石陶瓷低温烧结方法 |
| CN103242027A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-08-14 | 浙江大学 | 多孔莫来石块体的制备方法 |
| CN104402397A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-03-11 | 南京工业大学 | 耐高温块状SiO2-Al2O3复合气凝胶隔热材料的制备方法 |
| CN106431491A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-02-22 | 南京工业大学 | 块状高比表莫来石‑碳化硅复合气凝胶材料的制备方法 |
| CN114132940A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-03-04 | 巢湖学院 | 一种超轻耐高温块状莫来石气凝胶的制备方法 |
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