TiO2摻雜硅氣凝膠的制備及其高溫絕熱性能研究.pdf

1、超級絕熱材料硅氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.02W/(m·K),在常溫下比靜止空氣還要低。但當(dāng)環(huán)境溫度升高,超過500℃時紅外輻射傳熱加劇,由于純硅氣凝膠對紅外線具有透過作用,所以輻射導(dǎo)熱系數(shù)急劇增加,限制了其在高溫環(huán)境下的應(yīng)用。為了使硅氣凝膠在高溫環(huán)境下仍具有較低的導(dǎo)熱系數(shù),本文選擇對紅外線具有散射吸收效果的遮光劑對純硅氣凝膠進(jìn)行了摻雜工藝研究。
　　本文采用對紅外線具有高散射和吸收作用的TiO2粉末(鈦白粉)作為紅外遮光劑,以水玻璃

2、為硅源,稀釋后用陽離子交換樹脂進(jìn)行交換處理,選用甲酰胺為化學(xué)干燥劑,以1mol/L氨水調(diào)節(jié)體系pH值,凝膠后以正硅酸乙酯乙醇混合液老化,用正己烷進(jìn)行溶劑交換后通過分級干燥法制得摻雜量1％-15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的TiO2摻雜硅氣凝膠。本文研究了TiO2遮光劑的摻雜工藝,分析了遮光劑的種類和含量、堿性催化劑以及高溫環(huán)境對TiO2摻雜硅氣凝膠微觀結(jié)構(gòu)和高溫絕熱性能的影響。并通過掃描電鏡、X射線衍射、N2吸附-脫附法以及傅立葉紅外光譜儀和導(dǎo)熱系數(shù)

3、儀等對TiO2摻雜硅氣凝膠的組織性能、表面形貌、孔結(jié)構(gòu)和高溫導(dǎo)熱系數(shù)等進(jìn)行了分析評價。
　　試驗結(jié)果顯示,TiO2摻雜硅氣凝膠屬于三維納米孔網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)材料,鈦白粉在離子交換后30分鐘(凝膠2小時)左右加入體系中,以700r/min攪拌超聲30分鐘分散效果最好。TiO2粒子鑲嵌于硅氣凝膠基體中,粒徑均勻分散良好。隨著摻雜量的增加,硅氣凝膠的孔徑分布范圍逐漸變寬,樣品比表面積超過了650cm2/g,平均孔徑在40納米左右。TiO2的

4、加入有效的降低了材料紅外透過率,隨著TiO2摻雜量的增加,樣品的紅外透過率不斷減小,在2～8μm波段內(nèi)摻雜10%TiO2硅氣凝膠最大紅外透過率降低50%。TiO2的加入對提高材料的紅外消光作用效果明顯。摻雜TiO2硅氣凝膠經(jīng)300-1000℃高溫處理后仍呈非晶狀態(tài),TiO2粒子與SiO2膠粒無化學(xué)鍵合,組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好。高溫處理后摻雜TiO2硅氣凝膠最大紅外透過率出現(xiàn)的波段向短波方向移動,降低程度略有減小。導(dǎo)熱系數(shù)測量顯示500℃和8