Al2O3-SiO2復合氣凝膠的制備及耐高溫性能研究.pdf

1、氣凝膠是一種以有機或無機鹽為前驅體，通過溶膠-凝膠技術以及合適的干燥工藝制得的具有三維網絡骨架結構的高孔隙率和高比表面積固體材料。氣凝膠具有超低的密度、高的比表面積以及優(yōu)良的隔熱性能，這些特殊的物理化學性能賦予了其在保溫隔熱、吸附凈化、防爆消聲、催化、建筑等不同領域的廣泛應用。SiO2氣凝膠是氣凝膠中最早制備和應用的材料，制備技術也是較為成熟的氣凝膠制備技術之一。然而，由于SiO2氣凝膠骨架結構脆弱，在高溫區(qū)容易燒結從而引起孔洞塌陷，破

2、壞原有高孔隙率結構，限制了其在耐高溫等領域的應用。
　　本文通過在SiO2氣凝膠中引入Al2O3，制備出高透光率以及耐高溫性能優(yōu)異的Al2O3/SiO2復合氣凝膠，對氣凝膠進行熱處理，探究熱處理溫度對其微觀結構和性能的影響。通過在硅鋁溶膠中通過控制攪拌和凝膠溫度，加入短切莫來石纖維，制備莫來石纖維增強Al2O3/SiO2氣凝膠復合材料，提升了氣凝膠力學性能，拓展了氧化物氣凝膠的應用范圍。
　　以六水合氯化鋁為鋁源，正硅酸乙酯

3、為硅源，PEG2000為分散劑，通過溶膠-凝膠、超臨界干燥工藝制得透明塊狀Al2O3/SiO2氣凝膠。結果表明，當去離子水與乙醇體積比為1∶1，前驅體鋁鹽與有機硅的摩爾比為4∶1～6∶1，去離子水與正硅酸乙酯的摩爾比為123.5∶1，熱處理溫度為800℃時，所制得Al2O3/SiO2氣凝膠具備最高透光率，其線性收縮率為15％左右，失重率為15％～20％，比表面積最高達732m2/g，經過1200℃高溫處理后仍可達266m2/g。在熱處理

4、時，其透光率會隨著溫度先增大后減小，在800℃熱處理后其透光率達到最高，波長為800nm時透光率能達到87％，表明適當的高溫處理減少了氣凝膠氣孔界面，對透光有一定的增強效果。
　　以短切莫來石纖維為增強體，將其加入于Al2O3/SiO2溶膠中，通過控制攪拌速度與凝膠溫度使其均勻分散于溶膠，經老化和溶劑置換最終超臨界干燥制得莫來石纖維增強氣凝膠復合材料。力學測試結果表明:摻雜短切纖維后氣凝膠的抗壓強度明顯增強，且應力-應變曲線彈性區(qū)

5、域斜率變小，即剛性減弱。莫來石纖維摻雜量為0.01g/cm3時，氣凝膠復合材料的抗壓強度最高，約為0.35MPa，是純Al2O3/SiO2氣凝膠的1.5～2倍，隨著摻雜纖維的量增多其韌性增強，抗壓強度降低。進一步探究發(fā)現，纖維增強氣凝膠復合材料隨著熱處理溫度升高抗壓強度增加，在800℃左右熱處理后力學性能最佳，繼續(xù)提高熱處理溫度力學性能呈下降趨勢。熱處理后纖維增強氣凝膠復合材料線性收縮率比Al2O3/SiO2氣凝膠明顯減小，在1000℃