耐高溫塊體氧化鋁氣凝膠的制備方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種耐高溫塊體氧化鋁氣凝膠的制備方法，包括：將鋁源溶解在蒸餾水和乙醇的混合溶劑中，并在60～80℃的水浴中攪拌20～50min，冷卻至室溫，得到混合物溶液；在攪拌作用下將濃硝酸加入混合物溶液中，調(diào)節(jié)pH值至1.6～1.8，再將甲醇，丙酮和催化劑混合后加入混合物溶液中；然后將混合物溶液攪拌10～60s并倒入模具中，通常在10～30min后形成凝膠，經(jīng)過老化并用乙醇將溶劑交換三天后，將濕凝膠置于乙醇高壓釜中進行超臨界干燥，得到氧化鋁氣凝膠。本發(fā)明專利技術采用溶膠凝膠法制備Al2O3濕凝膠和超臨界流體干燥法制備Al2O3氣凝膠的工藝簡單，反應過程容易控制，容易實現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)，制得的氧化鋁氣凝膠表面完整無裂紋、耐高溫性能好，其具有廣闊的應用前景。

Preparation of alumina block aerogels with high temperature resistance

The invention discloses a preparation method of an alumina aerogel with high temperature resistance. The method comprises the following steps: dissolving the aluminum source in a mixed solvent of distilled water and ethanol, stirring 20 to 50min in a water bath at 60~80 degrees centigrade, cooling it to room temperature, obtaining a mixture solution, stirring the concentrated nitric acid into a mixture solution, adjusting the pH value to 1.6 to 1.8, and mixing methanol, acetone and catalyst together. After mixing, add the mixture solution, then mix the mixture solution 10 to 60s and pour into the mold, usually form gel after 10 to 30min. After aging and exchange the solvent with ethanol for three days, the wet gel is placed in the ethanol autoclave for supercritical drying, and the alumina aerogel is obtained. The Al2O3 hydrogel prepared by sol-gel method and the supercritical fluid drying method are simple in preparing Al2O3 aerogels, easy to control the reaction process, and easy to realize industrial production. The prepared aerogel surface has complete crack free and high temperature resistance performance, and has wide application prospects.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
耐高溫塊體氧化鋁氣凝膠的制備方法
本專利技術屬于氣凝膠類材料制備
，涉及一種耐高溫塊體氧化鋁氣凝膠材料的制備方法。
技術介紹
以金屬氧化物為基質材料制備的氣凝膠成型性極差，在干燥之前就可能產(chǎn)生大量裂紋，嚴重影響了氣凝膠的應用和發(fā)展。氧化鋁熔點為2054℃。因此以氧化鋁為基質制備的氧化鋁氣凝膠理論上可以在高溫高壓下使用。但目前的研究仍然沒有從根源上解決其在高溫下容易發(fā)生相轉變和力學性能差等問題。這也是導致近年來幾乎沒有人專門以隔熱耐高溫為研究背景來研究氧化鋁氣凝膠的直接原因。因此，如果科學家在增強氧化鋁氣凝膠力學性能的同時，還能使其具有優(yōu)異的隔熱耐高溫性能的方面有重大突破，那么以隔熱耐高溫為研究背景來研究氧化鋁氣凝膠必將成為科學界的一個熱門話題。氧化鋁氣凝膠通常以有機鋁醇鹽或無機鋁鹽為前驅體，采用溶膠-凝膠法制備。其中以無機鋁鹽為前驅體制備完整無裂紋塊體氧化鋁氣凝膠非常困難，原因是無機鋁鹽活性低，不易控制、在干燥過程中極易開裂。到目前為止，具有在1000℃高溫下仍保持為完整無裂紋的氧化鋁氣凝膠的報道很少。其中，2013年沈軍課題組報道的超耐熱強氧化鋁氣凝膠，該氣凝膠采用苯胺-丙酮原位水形成法、超臨界流體改性法和六甲基二硅氮烷氣相改性法相結合的方式，制備出能在1000℃下使用的氧化鋁氣凝膠，有效提高了氧化鋁氣凝膠的使用溫度。但是其收縮巨大，Al-YassirN課題組以仲丁醇鋁和六水硝酸釔為前驅體制備出Al2O3-Y2O3復合氣凝膠，但是該氣凝膠主要作為催化劑載體，其耐高溫性能相對于常規(guī)氧化鋁氣凝膠并無顯著提高。到目前為止，溫度高于1050℃的情況下，氧化鋁氣凝膠收縮幾乎為零的報道仍未出現(xiàn)。如何獲得完整無裂紋耐高溫氧化鋁氣凝膠成為我們現(xiàn)在需要解決和考慮的問題。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。為了實現(xiàn)根據(jù)本專利技術的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種耐高溫塊體氧化鋁氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：步驟一、將鋁源溶解在蒸餾水和乙醇的混合溶劑中，并在60～80℃的水浴中攪拌20～50min，冷卻至室溫，得到混合物溶液；步驟二、在攪拌作用下將濃硝酸加入混合物溶液中，調(diào)節(jié)pH值至1.6～1.8，再將甲醇，丙酮和催化劑混合后加入混合物溶液中；然后將混合物溶液攪拌10～60s并倒入模具中，通常在10～30min后形成凝膠，經(jīng)過老化并用乙醇將溶劑交換三天后，將濕凝膠置于乙醇高壓釜中進行超臨界干燥，得到Al2O3氣凝膠。優(yōu)選的是，所述鋁源為仲丁醇鋁、乙酸鋁、草酸鋁中的任意一種。優(yōu)選的是，所述乙醇：甲醇：丙酮：蒸餾水：催化劑的摩爾比10～25:0.5～2:0.5～2:0.1～0.5:0.05～0.25；所述鋁源：蒸餾水的摩爾比為1：0.5～2.5。優(yōu)選的是，所述超臨界干燥的壓力為6～8MPa，溫度為250～260℃；所述催化劑為苯胺、苯二胺、硫脲、尿素中的任意一種。優(yōu)選的是，所述步驟一中，在混合物溶液中，加入占硅源質量1～20％的改性凹凸棒土和占硅源質量0.5～1.5％的離子液體。優(yōu)選的是，所述改性凹凸棒土的制備方法為：將凹凸棒土與濃度為1.5mol/L的草酸混合，在60℃下酸活化1～3小時，再用水洗滌至pH值至4～5，得到酸改性凹凸棒土，草酸與凹凸棒土的液固比為1～3：1，將酸改性凹凸棒土配制成濃度為25～30wt％的酸改性凹凸棒土懸濁液；按重量份，取30～50份酸改性凹凸棒土懸濁液、10～20份質量分數(shù)為30～35％稀土水溶液、5～10份質量分數(shù)為1～2％的多壁碳納米管溶液加入帶攪拌的密封容器中，向其中通入氮氣使氮氣飽和，然后將該密封容器置于1.5MeV、30mA的電子加速器中進行輻照攪拌處理，然后離心分離，烘干，粉碎，得到改性凹凸棒土。優(yōu)選的是，所述輻照采用的輻照劑量率為200～500kGy/h，輻照劑量為500～1000kGy，攪拌速度為200～300r/min；所述稀土水溶液為硝酸鑭、硝酸釹、硝酸釔、硝酸鈰、硝酸釤、硝酸錸水溶液中的任意一種。優(yōu)選的是，所述離子液體為1,3-二甲基咪唑硫酸甲酯鹽、1,3-二甲基咪唑硝酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑硝酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸中的任意一種。優(yōu)選的是，所述步驟二中，將得到的Al2O3氣凝膠進行再處理，其過程為：將Al2O3氣凝膠送入大氣壓低溫等離子體裝置中，使Al2O3氣凝膠處于大氣壓低溫等離子體的噴射出口處20～60mm，在大氣壓低溫等離子體裝置中按照8～12L/h的氣流量通入氣體介質，施加工作電壓，形成等離子體射流，控制大氣壓低溫等離子體裝置的噴射出口的移動速度在5～10mm/s，使等離子體射流噴射于Al2O3氣凝膠上，對Al2O3氣凝膠進行處理30～60min，然后Al2O3氣凝膠放入盛有六甲基二硅胺烷的密閉容器中，靜置于室溫0.5～1.5天；其中Al2O3氣凝膠與六甲基二硅胺烷固液比為1：10～12。優(yōu)選的是，所述工作電壓采用高壓交流電源提供，所述工作電壓為50～100kV的交流電壓，頻率為100～300kHz；所述氣體介質為稀有氣體/氧氣、氧氣、氮氣、氨氣、CF4、CCl4、SF6中的一種或者多種的混合。本專利技術至少包括以下有益效果：本專利技術采用溶膠凝膠法制備Al2O3濕凝膠和超臨界流體干燥法制備Al2O3氣凝膠的工藝簡單，反應過程容易控制，容易實現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)，制得的氧化鋁氣凝膠表面完整無裂紋、耐高溫性能好，其具有廣闊的應用前景。本專利技術的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本專利技術的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。附圖說明：圖1為本專利技術實施例1制備的氧化鋁氣凝膠在熱處理前的掃描電鏡圖；圖2為本專利技術實施例1制備的氧化鋁氣凝膠在900℃熱處理后的掃描電鏡圖；圖3為本專利技術實施例1制備的氧化鋁氣凝膠在熱處理前的實物圖；圖4為本專利技術實施例1制備的氧化鋁氣凝膠在900℃熱處理后的實物圖；圖5為本專利技術實施例1制備的氧化鋁氣凝膠在1100℃熱處理后的實物圖；圖6為本專利技術實施例2制備的氧化鋁氣凝膠在熱處理前的掃描電鏡圖；圖7為本專利技術實施例2制備的氧化鋁氣凝膠在900℃熱處理后的掃描電鏡圖；圖8為本專利技術實施例2制備的氧化鋁氣凝膠在熱處理前的實物圖；圖9為本專利技術實施例2制備的氧化鋁氣凝膠在900℃熱處理后的實物圖；圖10為本專利技術實施例2制備的氧化鋁氣凝膠在1100℃熱處理后的實物圖；圖11為本專利技術實施例3制備的氧化鋁氣凝膠在熱處理前的掃描電鏡圖；圖12為本專利技術實施例3制備的氧化鋁氣凝膠在900℃熱處理后的掃描電鏡圖；圖13為本專利技術實施例3制備的氧化鋁氣凝膠在熱處理前的實物圖；圖14為本專利技術實施例3制備的氧化鋁氣凝膠在900℃熱處理后的實物圖；圖15為本專利技術實施例3制備的氧化鋁氣凝膠在1100℃熱處理后的實物圖；圖16為本專利技術實施例4制備的氧化鋁氣凝膠在熱處理前的掃描電鏡圖；圖17為本專利技術實施例4制備的氧化鋁氣凝膠在900℃熱處理后的掃描電鏡圖；圖18為本專利技術實施例4制備的氧化鋁氣凝膠在熱處理前的實物圖；圖19為本專利技術實施例4制備的氧化鋁氣凝膠在900℃熱處理后的實物圖；圖20為本專利技術實施例4制備的氧化鋁氣凝膠在1100℃熱處理后的實物圖；圖21為本專利技術對比例1制備的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
1.一種耐高溫塊體氧化鋁氣凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、將鋁源溶解在蒸餾水和乙醇的混合溶劑中，并在60～80℃的水浴中攪拌20～50min，冷卻至室溫，得到混合物溶液；步驟二、在攪拌作用下將濃硝酸加入混合物溶液中，調(diào)節(jié)pH值至1.6～1.8，再將甲醇，丙酮和催化劑混合后加入混合物溶液中；然后將混合物溶液攪拌10～60s并倒入模具中，通常在10～30min后形成凝膠，經(jīng)過老化并用乙醇將溶劑交換三天后，將濕凝膠置于乙醇高壓釜中進行超臨界干燥，得到Al2O3氣凝膠。

【技術特征摘要】
1.一種耐高溫塊體氧化鋁氣凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、將鋁源溶解在蒸餾水和乙醇的混合溶劑中，并在60～80℃的水浴中攪拌20～50min，冷卻至室溫，得到混合物溶液；步驟二、在攪拌作用下將濃硝酸加入混合物溶液中，調(diào)節(jié)pH值至1.6～1.8，再將甲醇，丙酮和催化劑混合后加入混合物溶液中；然后將混合物溶液攪拌10～60s并倒入模具中，通常在10～30min后形成凝膠，經(jīng)過老化并用乙醇將溶劑交換三天后，將濕凝膠置于乙醇高壓釜中進行超臨界干燥，得到Al2O3氣凝膠。2.如權利要求1所述的耐高溫塊體氧化鋁氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述鋁源為仲丁醇鋁、乙酸鋁、草酸鋁中的任意一種。3.如權利要求1所述的耐高溫塊體氧化鋁氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述乙醇：甲醇：丙酮：蒸餾水：催化劑的摩爾比10～25:0.5～2:0.5～2:0.1～0.5:0.05～0.25；所述鋁源：蒸餾水的摩爾比為1：0.5～2.5。4.如權利要求1所述的耐高溫塊體氧化鋁氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述超臨界干燥的壓力為6～8MPa，溫度為250～260℃；所述催化劑為苯胺、苯二胺、硫脲、尿素中的任意一種。5.如權利要求1所述的耐高溫塊體氧化鋁氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，在混合物溶液中，加入占硅源質量1～20％的改性凹凸棒土和占硅源質量0.5～1.5％的離子液體。6.如權利要求5所述的耐高溫塊體氧化鋁氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述改性凹凸棒土的制備方法為：將凹凸棒土與濃度為1.5mol/L的草酸混合，在60℃下酸活化1～3小時，再用水洗滌至pH值至4～5，得到酸改性凹凸棒土，草酸與凹凸棒土的液固比為1～3：1，將酸改性凹凸棒土配制成濃度為25～30wt％的酸改性凹凸棒土懸濁液；按重量份，取30～50份酸改性凹凸棒土懸濁液、10～20份質量分數(shù)為30～35％稀土水溶液、5～10份質量...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：畢于鐵，朱家藝，任洪波，廖俊，
申請(專利權)人：西南科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：四川,51