[发明专利]复合材料及其制造方法和用途

说明书

相关申请的交叉参引

本申请要求享受2005年1月26日提交至美国专利与商标局的申请号为60/647,079的美国临时专利申请的优先权，在此为所有目的将其公开的内容以全文引用的方式纳入本申请。

致谢

本发明的开发工作部分由美国空军研究实验室(U.S.Air ForceResearch Laboratory)(合同/许可号F33615-99-C-5002)和美国国家航空航天局Langley研究中心(NASA-Langley Research Center)(合同号NASI-02043)提供内部支持。美国政府可对本发明享有某些权利。

技术领域

本申请描述了相对轻质的、高强度的且具有低热导率的复合材料。本申请还描述了制造该复合材料的方法以及该复合材料的用途。

背景技术

气凝胶是优良的绝热体，并具有其它特殊的物理性质。但气凝胶材料本身通常相当脆弱并缺乏在多种最终应用中所需的强度。为此，进行过多种尝试以强化气凝胶，特别是在制造时向其中加入纤维或将气凝胶前体组合物渗入强度较高的多孔结构中，所述制造气凝胶的方法例如熟知的溶胶-凝胶工艺。将这些材料结合可产生一种单独与气凝胶材料或单独与多孔碳结构材料相比具有整体改善的特性的复合材料。而且，这些复合材料可用于多种应用，例如宇宙飞船等的热防护系统，或作为炉体保温材料或防火隔离材料，以及用于隔热和隔音，以及用于电子元件例如超级电容中。

这就是有机气凝胶与碳泡沫材料——网状玻璃态碳(reticulatedvitreous carbon)(RVC)——形成的复合材料的情形。气凝胶提供特殊的光学、热学、声学和电学性质，而RVC为复合材料提供强度。而且，气凝胶和RVC均可以非常轻。为此，可通过将气凝胶前体组合物渗入已经过处理的RVC泡沫中来制造气凝胶与RVC的复合材料。然而，常规的气凝胶渗透处理需要较大的、昂贵的处理设备。此外，已知对气凝胶的后续处理会导致气凝胶的收缩和裂缝，从而有可能损害所得复合材料的特性。

因此，本申请描述了通过一种更易于放大并节约成本的工艺来制造有机气凝胶与RVC的复合材料的方法。该工艺可减少制造复合材料所需的总的处理时间并减少或消除复合材料常见的收缩和裂缝。

发明内容

本申请描述了相对轻质的、高强度的且具有低热导率的复合材料及其制造方法和用途。

本发明的其它优点一部分在以下说明书中给出，一部分可由说明书推导出，或者可通过对本发明的实施而得知。除了本申请所公开的优点之外，本发明的其它优点还可通过利用所附的权利要求中所特别指出的要素和组合来实现和获得。应认识到之前的概述和以下的详述、附图和实施例仅为示例性的和解释性的，并不像权利要求一样对本发明进行限制。

附图说明

所附的图包括在本说明书中并作为本说明的一部分，其示例说明本发明的几种实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1所示为未组装的流通单元(flow cell)的透视图。

图2所示为组装的流通单元的透视图。

图3所示为一种用于软模(soft mold)工艺的不锈钢气凝胶复合材料处理工具。

图4所示为炉中的一个大型气凝胶复合材料。

图5所示为在真空袋中的固化的复合材料。

图6所示为溶剂洗涤中的、带有处理工具的气凝胶复合材料。

图7所示为三种气凝胶复合材料的计算机辅助断层X射线图。

图8所示为一种气凝胶复合材料的截面的计算机辅助断层X射线图。

图9所示为一种气凝胶复合材料的计算机辅助断层X射线扫描图的拼贴图。

图10所示为碳泡沫材料、碳气凝胶和本发明的气凝胶复合材料的热导率相对于温度的变化图。

具体实施方式

通过参照以下对本发明的优选方面的详细描述及其所包括的实施例，并参照附图及上下文对其的描述，可更容易地理解本发明。然而，在公开和描述本发明的组合物、制品、设备和/或方法之前，应认识到本发明不局限于本申请公开的具体的合成方法、具体实施方式或具体设备，它们当然是可以改变的。还应认识到此处所用术语仅是为了用于描述本发明的具体方面，并不欲作出限制。

应指出，说明书和所附的权利要求中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数的指代物，除非文中明确作相反说明。