Al2O3-SiO2復(fù)合氣凝膠的制備及耐高溫性能研究.pdf

1、氣凝膠是一種以有機(jī)或無(wú)機(jī)鹽為前驅(qū)體，通過(guò)溶膠-凝膠技術(shù)以及合適的干燥工藝制得的具有三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的高孔隙率和高比表面積固體材料。氣凝膠具有超低的密度、高的比表面積以及優(yōu)良的隔熱性能，這些特殊的物理化學(xué)性能賦予了其在保溫隔熱、吸附凈化、防爆消聲、催化、建筑等不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。SiO2氣凝膠是氣凝膠中最早制備和應(yīng)用的材料，制備技術(shù)也是較為成熟的氣凝膠制備技術(shù)之一。然而，由于SiO2氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)脆弱，在高溫區(qū)容易燒結(jié)從而引起孔洞塌陷，破

2、壞原有高孔隙率結(jié)構(gòu)，限制了其在耐高溫等領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　本文通過(guò)在SiO2氣凝膠中引入Al2O3，制備出高透光率以及耐高溫性能優(yōu)異的Al2O3/SiO2復(fù)合氣凝膠，對(duì)氣凝膠進(jìn)行熱處理，探究熱處理溫度對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響。通過(guò)在硅鋁溶膠中通過(guò)控制攪拌和凝膠溫度，加入短切莫來(lái)石纖維，制備莫來(lái)石纖維增強(qiáng)Al2O3/SiO2氣凝膠復(fù)合材料，提升了氣凝膠力學(xué)性能，拓展了氧化物氣凝膠的應(yīng)用范圍。
　　以六水合氯化鋁為鋁源，正硅酸乙酯

3、為硅源，PEG2000為分散劑，通過(guò)溶膠-凝膠、超臨界干燥工藝制得透明塊狀A(yù)l2O3/SiO2氣凝膠。結(jié)果表明，當(dāng)去離子水與乙醇體積比為1∶1，前驅(qū)體鋁鹽與有機(jī)硅的摩爾比為4∶1～6∶1，去離子水與正硅酸乙酯的摩爾比為123.5∶1，熱處理溫度為800℃時(shí)，所制得Al2O3/SiO2氣凝膠具備最高透光率，其線性收縮率為15％左右，失重率為15％～20％，比表面積最高達(dá)732m2/g，經(jīng)過(guò)1200℃高溫處理后仍可達(dá)266m2/g。在熱處理

4、時(shí)，其透光率會(huì)隨著溫度先增大后減小，在800℃熱處理后其透光率達(dá)到最高，波長(zhǎng)為800nm時(shí)透光率能達(dá)到87％，表明適當(dāng)?shù)母邷靥幚頊p少了氣凝膠氣孔界面，對(duì)透光有一定的增強(qiáng)效果。
　　以短切莫來(lái)石纖維為增強(qiáng)體，將其加入于Al2O3/SiO2溶膠中，通過(guò)控制攪拌速度與凝膠溫度使其均勻分散于溶膠，經(jīng)老化和溶劑置換最終超臨界干燥制得莫來(lái)石纖維增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料。力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明:摻雜短切纖維后氣凝膠的抗壓強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，且應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性區(qū)

5、域斜率變小，即剛性減弱。莫來(lái)石纖維摻雜量為0.01g/cm3時(shí)，氣凝膠復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度最高，約為0.35MPa，是純Al2O3/SiO2氣凝膠的1.5～2倍，隨著摻雜纖維的量增多其韌性增強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度降低。進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn)，纖維增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料隨著熱處理溫度升高抗壓強(qiáng)度增加，在800℃左右熱處理后力學(xué)性能最佳，繼續(xù)提高熱處理溫度力學(xué)性能呈下降趨勢(shì)。熱處理后纖維增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料線性收縮率比Al2O3/SiO2氣凝膠明顯減小，在1000℃