Al2O3和Al2O3-SiO2氣凝膠及其復(fù)合材料的制備和性能研究.pdf

1、氣凝膠是極具潛力的一類隔熱材料，具有輕質(zhì)、低熱導(dǎo)率、高比表面積、高孔隙率等特點，是一種理想的高效隔熱材料。本文比較系統(tǒng)地研究了Al2O3氣凝膠和Al2O3-SiO2氣凝膠及其復(fù)合材料的制備工藝、結(jié)構(gòu)和性能。
　　本文選用六水合氯化鋁（AlCl3·6H2O）、正硅酸乙酯（TEOS）作為先驅(qū)體，在溶膠-凝膠過程中，以無水乙醇（EtOH）和水（H2O）的混合溶液為反應(yīng)體系，加入1,2-環(huán)氧丙烷（PO）作為凝膠助劑。隨后，經(jīng)過老化和超臨界

2、干燥工藝處理，制備出低密度的塊狀A(yù)l2O3氣凝膠和Al2O3-SiO2氣凝膠。分別選用纖維氈和隔熱瓦作為支撐體，采用真空浸漬、整體成型和超臨界干燥等工藝制備出熱導(dǎo)率低、熱膨脹系數(shù)小且具有良好力學(xué)性能的氣凝膠纖維復(fù)合材料。主要研究并確定了各工藝參數(shù)，采用BET、XRD、SEM、FTIR、TG-DTA等測試方法對氣凝膠的組織和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和表征；采用平板導(dǎo)熱儀、熱膨脹系數(shù)儀和萬能試驗機等對復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)和力學(xué)性能進(jìn)行了分析

3、和表征。
　　研究了1,2-環(huán)氧丙烷、乙醇、水用量對Al2O3氣凝膠凝膠時間和孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，確定了制備Al2O3氣凝膠合適的原料配比為n（AlCl3·6H2O）：n（1,2-環(huán)氧丙烷）：n（無水乙醇）：n（水）=1:10:12:35。
　　研究了Al2O3氣凝膠的結(jié)構(gòu)和性能。常溫下，Al2O3氣凝膠的比表面積為465m2·g-1，平均孔徑為19.24nm，微觀結(jié)構(gòu)為針狀或棒狀顆粒經(jīng)過相互搭接構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，經(jīng)過從

4、室溫到1200℃的煅燒處理后，Al2O3氣凝膠的比表面積先增后減，其物相經(jīng)歷了γ-AlOOH→γ-Al2O3→δ-Al2O3→θ-Al2O3變化過程，經(jīng)1200℃熱處理之后，比表面積下降為56 m2·g-1，孔徑為66.57nm。
　　研究了Al/Si摩爾比對Al2O3-SiO2氣凝膠結(jié)構(gòu)和性能的影響。Si含量越多，樣品凝膠時間越長，比表面積越大。經(jīng)綜合考慮，確定了制備 Al2O3-SiO2氣凝膠合適的 Al/Si摩爾比為3/1。

5、
　　研究了 Al2O3-SiO2氣凝膠的結(jié)構(gòu)和性能。室溫下，Al2O3-SiO2氣凝膠比表面積為574m2·g-1，平均孔徑為26.34nm，微觀結(jié)構(gòu)為葉片狀顆粒經(jīng)過相互搭接構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，經(jīng)過從室溫到1200℃的煅燒處理后， Al2O3-SiO2氣凝膠的物相經(jīng)歷了γ-AlOOH+無定型 SiO2→γ-Al2O3+無定型 SiO2→Mullite（3Al2O3·2SiO2）變化過程。經(jīng)1200℃熱處理之后，比表面積為16

6、2m2·g-1，平均孔徑為56.29nm。與Al2O3氣凝膠相比， Al2O3-SiO2氣凝膠具有更出色的高溫穩(wěn)定性和隔熱性能。
　　確定了纖維氣凝膠復(fù)合材料的制備工藝，分別選用柔性纖維氈和剛性隔熱瓦作為支撐體，制備出具有不同性能的復(fù)合材料。Al2O3-SiO2氣凝膠纖維氈復(fù)合材料具有較好的柔韌性，其常溫?zé)釋?dǎo)率為0.0167W·m-1·K-1，而在1200℃時為0.109W·m-1·K-1，表明Al2O3-SiO2氣凝膠纖維氈復(fù)合