[发明专利]一种纤维增强氧化铝-氧化硅二元气凝胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纤维增强氧化硅‑氧化铝二元气凝胶复合材料，其特征是，所述复合材料密度范围为0.25～0.40g/cm³，压缩强度20％应变范围能达到1～3MPa，导热系数范围为0.035～0.050W/mK；所述复合材料结构为三维多孔网络状结构。本发明还公开了其制备方法，包括纤维预处理、氧化铝溶胶的制备、纤维与氧化铝‑氧化硅溶胶的复合及成型、凝固老化及超临界干燥五个步骤。所制得的纤维增强氧化硅‑氧化铝二元气凝胶复合材料，具有密度低和强度高的特性，所用的制备方法工艺简单、原料廉价，可实现大规模制备强度较好的耐高温复合材料，满足各领域应用需求。

技术领域

本发明属于气凝胶材料技术领域，具体涉及一种纤维增强氧化铝-氧化硅二元气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术

随着航空航天事业的发展，飞行器对隔热材料的要求越来越苛刻，传统的隔热材料在高温段隔热效果或在力学性能方面已经无法满足实际应用的要求，气凝胶作为新型绝热材料，拥有纳米多孔的三维网络结构，具有高比表面积(500～1200m²/g)、高孔隙率(80～99.8％)、低热导率(0.005～0.02W/mK)、低介电性(1.0～2.0)、低折射率(～1.05)等特性，尤其是其所具有的纳米多孔网络结构及其小于50nm的介孔尺寸限制了其内部气体分子的运动，导致它能显著降低固相传热、气相传热及热对流，使得气凝胶具有极低的导热系数，这一特性使得气凝胶在隔热保温方面具有很大的潜力，是保温绝热材料的绝佳选择。这些优异的性能也使得气凝胶在多种领域得到了广泛的应用，如作为高效隔热材料、催化剂及催化剂载体及航空航天材料等。

目前，国内外所研究和报道的气凝胶隔热材料中，以二氧化硅气凝胶材料研究最为广泛，但其长期使用温度一般不高于650℃。而氧化铝(Al₂O₃)气凝胶不仅具有一般气凝胶的各种特性，而且具有更高的使用温度(长期使用温度高达950℃)，是制备耐高温隔热材料的理想材料，但随着使用温度的继续升高，会产生一系列相变，硅的加入可使其热稳定性提高，氧化铝-氧化硅(Al₂O₃-SiO₂)气凝胶既能克服纯SiO₂气凝胶有效使用温度低的缺点，又能提高氧化铝(Al₂O₃)气凝胶的高温稳定性，而且在一定程度上改善了溶胶的浸渍性。

虽然现有的氧化铝-氧化硅(Al₂O₃-SiO₂)气凝胶虽然耐温性较高，但具有强度低、脆性大的缺点使其很难满足于实际应用，为了更好的适应市场需求和适应一些特殊领域(如航空航天、军事军工等)，很有必要制备一种强度较好的纤维增强氧化铝-氧化硅(Al₂O₃-SiO₂)二元气凝胶复合材料。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的之一在于提供一种纤维增强氧化铝-氧化硅二元气凝胶复合材料，其特征在于，该纤维增强氧化铝-氧化硅二元气凝胶复合材料的密度为0.25～0.40g/cm³，压缩强度20％应变能达到1～3MPa，导热系数为0.035～0.050W/mK；结构为三维多孔网络状结构。

本发明的目的之二在于提供一种纤维增强氧化硅-氧化铝二元气凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)纤维的预处理步骤

该步骤是将纤维采用酸处理得到酸处理后的纤维；

(2)氧化铝溶胶的制备步骤

该步骤是将氧化铝与酸混合后得到氧化铝溶胶；

(3)纤维增强氧化硅-氧化铝二元气凝胶复合材料复合及成型步骤