[发明专利]一种块状碳化硼-碳化硅复合气凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种块状碳化硼‑碳化硅复合气凝胶的制备方法。通过将纳米碳化硼粉末、间苯二酚、甲醛、3‑氨丙基三乙基硅烷、无水乙醇、去离子水按摩尔比例进行搅拌，得到溶液为淡黄色复合溶胶溶液，静置后得到湿凝胶。湿凝胶经过溶剂置换，再采用CO₂超临界干燥技术对湿凝胶进行干燥处理得到碳化硼‑碳化硅前驱体，在惰性气氛保护下经过碳热还原技术得到块状碳化硼‑碳化硅复合气凝胶。本发明制备出的块状碳化硼‑碳化硅复合气凝胶不仅具有高比面积、低密度、高孔隙率以及耐高温性能优异等优点，而且工艺过程简单易操作。块状碳化硼‑碳化硅复合气凝胶的制备有望在化工设备以及高温窑炉等领域拥有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料制备工艺，具体涉及一种块状碳化硼-碳化硅复合气凝胶的制备方法。尤其是采用溶胶-凝胶法结合CO₂超临界干燥和碳热还原技术制备块状碳化硼-碳化硅复合气凝胶方法。

背景技术

随着科学技术的进步，我国核事业正在蓬勃发展。预计至2020年，每年核反应堆卸下的乏燃料将达到千吨以上，若在储存和运输时发生事故，就会产生极强的核辐射，这就需要有对应的核事故应急快速防护设备来预防和紧急救援。目前核辐射屏蔽材料只要是集中为防辐射混凝土和纤维类高分子复合材料。防辐射混凝土虽然具有耐高温和良好的结构性能，但是其体积大限制了其在应急运输方面的使用。纤维类高分子屏蔽材料虽然具有质轻、体积小及便于搬运等优点，但是其在高温下的性能会大大降低。碳化物气凝胶是一种具有高比面积、低密度、机械性能好及耐高温性能好等优异的物理化学性能的高效隔热材料，可以广泛应用在1000℃及以上的高温场所。块状碳化硼-碳化硅复合气凝胶不仅具有碳化物气凝胶低密度、高比表面积及耐温性好等优点，更是结合碳化硼高中子俘获截面、高硬度和高温稳定性等优势。开发出的块状碳化硼-碳化硅复合气凝胶不仅具有质轻、高比面积等优异特性，更是一种兼具耐高温和中子屏蔽效果的核事故应急修复材料。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种块状碳化硼-碳化硅复合气凝胶的制备方法。该方法工艺简单易操作，安全系数高。

本发明的技术方案为：一种块状碳化硼-碳化硅复合气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将间苯二酚、甲醛、去离子水和无水乙醇按摩尔比为1：2：(5～20)：(13.5～26)混合均匀搅拌，得到溶液A；

(2)将3-氨丙基三乙基硅烷、纳米碳化硼粉、无水乙醇按摩尔比例为1：(0.05～1)：(5～20)超声混合均匀，得到溶液B；

(3)将溶液B加入溶液A中，混合均匀搅拌得到淡黄色复合溶胶溶液；

(4)将步骤(3)中得到的淡黄色溶液倒入模具中，静置后，进行溶剂置换；

(5)将步骤(4)中置换后的复合湿凝胶进行CO₂超临界干燥处理，得到碳化硼-碳化硅前驱体；

(6)将步骤(5)中得到的碳化硼-碳化硅前驱体在惰性气氛保护下加热至1400～1600℃，保温时间为3～10小时，然后将温度降至550～750℃，把惰性气体换成空气，继续保温1～4小时进行除炭处理，冷却；

(7)把步骤(6)中得到样品放在氢氟酸中浸泡，经过水洗、过滤、烘干后得到块状碳化硼-碳化硅复合气凝胶。

优选步骤(2)中纳米碳化硼的粒径为20nm～50nm。

优选步骤(3)中间苯二酚与3-氨丙基三乙基硅烷的摩尔比为1：(0.5～1.5)。

优选步骤(4)中静置时间为30～70min；溶剂置换的溶剂为无水乙醇；溶剂置换每8～24小时更换一次，置换次数为3～6次。

优选步骤(5)中CO₂超临界干燥参数为釜体压力控制在8～12MPa，温度控制在45～55℃，干燥时间为8～14小时。