[发明专利]利用空吸效应快速制备耐高温碳化硅气凝胶的装置及方法

说明书

本发明公开一种利用空吸效应快速制备耐高温碳化硅气凝胶的装置及方法，所述利用空吸效应快速制备耐高温碳化硅气凝胶的装置包括本体，所述本体设有沿上下方向依次设置且连通的上腔和下腔，所述上腔远离所述下腔的一端设有开口，所述下腔在自上至下的方向上呈渐缩设置，所述上腔沿水平方向的最大尺寸小于所述下腔沿水平方向的最大尺寸。通过所述利用空吸效应快速制备耐高温碳化硅气凝胶的装置制备耐高温碳化硅气凝胶，有助于减少传统高温烧结方式的能耗，提高孔隙率、降低导热系数。

技术领域

本发明涉及耐高温气凝胶制备技术领域，特别涉及一种利用空吸效应快速制备耐高温碳化硅气凝胶的装置及方法。

背景技术

碳化硅气凝胶制备工艺中，高温烧结环节的设计最为关键，其直接影响碳化硅气凝胶的隔热和力学性能，同时与能耗等级直接关联。

现有技术中，通常采用碳硅烷与聚合物混合，然后直接高温烧结形成。这种直接采用含硅聚合物高温烧结所得碳化硅气凝胶密度较大(一般密度0.20g/cm3)且孔隙率低，因此导热系数较大(一般导热系数0.03W/mK)。此外，由于含硅聚合物中硅化合物的活性较低，一般需要高温烧结较长时间才能激活反应，因此耗能较大。综上所述，提高孔隙率、降低导热系数并且实现快速烧结是当前碳化硅气凝胶隔热材料研究的热点和难点。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种利用空吸效应快速制备耐高温碳化硅气凝胶的装置及方法，旨在提高孔隙率、降低导热系数并且实现快速烧结。

为实现上述目的，本发明提出一种利用空吸效应快速制备耐高温碳化硅气凝胶的装置，包括本体，所述本体设有沿上下方向依次设置且连通的上腔和下腔，所述上腔远离所述下腔的一端设有开口，所述下腔在自上至下的方向上呈渐缩设置，所述上腔沿水平方向的最大尺寸小于所述下腔沿水平方向的最大尺寸。

可选地，所述上腔的内壁向内凸设形成有安装部。

本发明还提出一种利用空吸效应快速制备耐高温碳化硅气凝胶的方法，包括以下步骤：

S10、将纳米纤维分散液定向冷冻、干燥，得到具有定向孔的纳米纤维气凝胶；

S20、提供如上所述的利用空吸效应快速制备耐高温碳化硅气凝胶的装置；

S30、将所述具有定向孔的纳米纤维气凝胶放入所述上腔，使所述定向孔的中心线沿上下方向延伸，将硅源放入所述下腔，然后在所述开口的外侧沿水平方向通入惰性气体，对所述具有定向孔的纳米纤维气凝胶和所述硅源进行高温烧结，得到耐高温碳化硅气凝胶。

可选地，步骤S30中，所述惰性气体为氩气；和/或，

步骤S30中，所述惰性气体的通入气流流量为0.2～4.6L/min。

可选地，步骤S30中，所述高温烧结的时间为0.1～8h；和/或，

步骤S30中，所述高温烧结的升温速率为2～50℃/min。

可选地，步骤S30中，所述高温烧结的保温温度为900～1600℃。

可选地，步骤S30中，所述硅源为SiO粉末、SiO₂粉末、正硅酸四乙酯聚合物、甲基三甲氧基硅烷聚合物、六甲基二硅氧烷聚合物、二甲基二甲氧基硅烷聚合物和四甲基硅烷聚合物中的至少一种。

可选地，步骤S30中，所述具有定向孔的纳米纤维气凝胶与所述硅源的质量比为(0.01～4.5):1。

可选地，步骤S10中，所述纳米纤维分散液的质量分数为0.2～13％；和/或，

步骤S10中，所述纳米纤维分散液中，纳米纤维为芳纶纤维、聚酯纳米纤维、木浆纳米纤维、细菌纳米纤维和羧基化纳米纤维中的至少一种。

可选地，步骤S10包括：