一种耐高温气凝胶块体材料及其制备方法与流程

本发明属于新材料，具体涉及一种气凝胶材料及其制备方法

背景技术：

1、气凝胶材料一般是指二氧化硅气凝胶材料，它是一种密度非常低的固体材料，因为外观淡蓝色透明，又被称为凝固的烟，是世界上最轻的固体材料。气凝胶材料具有极低的热导率，是隔热性能最好的材料。气凝胶材料也是富含孔隙的材料，含有大量的纳米级孔隙，根据传热学的规律，空气的平均自由程为70nm，当孔隙的孔径小于70nm时，空气不能通过孔隙传热，即热对流无法进行。这也是很多超绝热材料往往是纳米级孔隙的原因。

2、另外为了减少热传导，往往要求密度要尽量小。这就要求材料要富含大量孔隙，即孔隙率要高，气凝胶材料的孔隙率往往达到90％以上，甚至达到99％以上。

3、但是多孔材料的强度和孔隙率是一对矛盾，孔隙率高，强度就低，所以气凝胶块体材料的强度很低，在现代物流中，即使是精心包装的气凝胶块体材料，要想在运输过程中，保持完整而不碎裂，几乎不可能。极低强度严重制约了气凝胶材料的应用领域。

4、现有技术气凝胶的使用温度为600℃以内，更高的温度，气凝胶的纳米粒子容易烧结致密化，使得材料失效。

5、另外制备气凝胶的工艺复杂，造成气凝胶成本高昂，这是气凝胶难以大规模应用的另一重要原因。现有技术制备气凝胶的工艺要经过老化、溶剂置换、疏水改性、超临界干燥等冗长复杂的工艺，又些工艺需要反复进行，如溶剂置换。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种耐高温气凝胶块体材料及制备方法，以解决现有技术气凝胶力学性能差、耐火度低、成本高昂的问题。为实现上述目的，本发明的技术方案：一种莫来石气凝胶块体材料，成分为莫来石(3al2o3﹒2sio2),孔隙结构为莫来石纳米线架构的空间网络结构，孔隙率为90～99％，孔径大小为10～50nm,密度为0.03g/cm3～0.1g/cm3,热导率为0.012w/(m·k)～0.037w/(m·k)，耐火度1600℃以上。

2、本发明还提供一种上述莫来石气凝胶块体材料的制备方法，包括下述步骤：将18g，40wt％的氧化铝溶胶与14g，20wt％的硅溶胶混匀，加入30g～120g的0.1wt％的氢氟酸水溶液至不同浓度，将上述样品搅拌均匀后移至高温高压反应釜密封中40℃保温48h后升温至180℃保温4d,移至超高温高压反应釜继续升温至700℃保温24h，缓慢冷却至室温，取出样品，经过常压干燥得到上述莫来石气凝胶块体材料，其中显微结构为莫来石纳米线架构，有很好地力学完整性。

3、本发明的有益效果：因为是莫来石材质，将现有技术气凝胶的耐火温度从600℃提高到1600℃，大大开拓了气凝胶在高温领域的应用，另外纳米线架构的气凝胶网络结构大大提高了气凝胶的力学性能，具有很好的力学完整性，不易碎。

技术特征：

1.一种莫来石气凝胶块体材料，其特征在于包括：成分为莫来石(3al2o3﹒2sio2),孔隙结构为莫来石纳米线架构的空间网络结构，密度为0.03g/cm3～0.1g/cm3，孔径大小为10～50nm,耐火度1600℃以上。

2.根据权利要求1，一种莫来石气凝胶块体材料，所述气凝胶的孔隙率为90～99％。

3.根据权利要求1，一种莫来石气凝胶块体材料，所述气凝胶的热导率为0.012w/(m·k)～0.037w/(m·k)，

4.一种莫来石气凝胶块体材料的制备方法，其特征包括下述步骤：将18g，40wt％的氧化铝溶胶与14g，20wt％的硅溶胶混匀，加入30g～120g的0.1wt％的氢氟酸水溶液至不同浓度，将上述样品搅拌均匀后移至高温高压反应釜密封中40℃保温48h后升温至180℃保温4d,移至超高温高压反应釜继续升温至700℃保温24h，缓慢冷却至室温，取出样品，经过常压干燥得到上述莫来石气凝胶块体材料。

技术总结
本发明公布了一种耐高温莫来石气凝胶块体材料及其制备方法，通过铝溶胶和硅溶胶，在氟化氢作用下高温高压反应制备得到莫来石纳米线架构的气凝胶块体材料。制备得到的莫来石纳米线气凝胶块体材料耐火度达到1600℃以上，远远高于现有技术气凝胶600℃的使用上限。另外由于一维纳米线架构的孔隙结构，该气凝胶还有很好地整体力学性能。

技术研发人员：董雷,徐帆
受保护的技术使用者：苏州北美国际高级中学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13