SiO2掺杂Al2O3气凝胶改性研究-现代技术陶瓷.PDF

第 38 卷 第2 期 现 代 技 术 陶 瓷 Vol. 38 No. 2 2017 年 4 月 Advanced Ceramics April 2017 中图分类号： TB35 文献编号： 1005-1198 (2017) 02-0114-08 文献标识码： A DOI ： 10.16253/ki.37-1226/tq.2016.12.002 SiO 掺杂Al O 气凝胶改性研究 2 2 3 巢雄宇，袁武华，石清云，姚诗杰 湖南大学 材料科学与工程学院，长沙410082 摘要：以仲丁醇铝与正硅酸乙酯为原料，选取甲酰胺为干燥控制化学添加剂和调凝剂，采 用溶胶凝胶法制备 SiO Al O 凝胶，并通过老化、超临界干燥工艺得到了乳白色、轻质、块 2 2 3 状无裂纹的硅铝二元气凝胶。将气凝胶进行高温热处理，从室温到 1300C 范围内，气凝胶能够 保持块状无坍塌、微裂纹产生，其 1300C 比表面积维持在55 m2/g 。采用 SEM、TEM 、XRD 、 BET 等手段系统探究了 SiO 含量对 Al O 气凝胶性能与结构的影响，着重分析了硅元素掺杂对 2 2 3 热稳定性的改善机理。 关键词：气凝胶；Al O ；SiO ；热稳定性 2 3 2 随着航空航天事业的飞速发展，航天飞行器等对隔热材料的要求越来越高。气凝胶因具有较高 的孔隙率和纳米尺寸的多孔结构，使得其导热率极低且耐高温性优良，能够满足日益苛刻的航天领 域需求[1,2] 。在众多气凝胶中，又以氧化铝 (Al O ) 气凝胶的耐高温和隔热性能最为突出，其在30C、 2 3 1 atm 条件下的热导率仅为29 mW/(m·K)，800C、1 atm 条件下热导率仅为98 mW/(m·K)，最高使用 [3,4]，可用作航空飞行器的隔热层。然而当工作温度超过 1000C，Al O 气凝 温度可达 1000C 以上 2 3 胶会发生 α 相变，导致体积收缩，破坏其纳米孔结构。这些相变使得Al2O3 气凝胶的比表面积急剧 下降。而Al O 颗粒之间的烧结则是Al O 气凝胶在高温条件下失效的另一原因，导致骨架结构遭到 2 3 2 3 破坏，最终降低其隔热性能。 有研究显示[5,6]，在Al O 气凝胶中引入外来添加剂能够抑制Al O 的高温烧结和α转变，达到 2 3 2 3 改善其耐高温性能的目的。Osaki 等[7]选取异丙醇铝和正硅酸乙酯作为前驱体制备得到的硅铝二元气 凝胶具有较优的耐高温稳定性，在 1200C 保温2 h 后比表面积仍能够维持在47 m2/g 。通过对比不 同硅含量掺杂的二元气凝胶在热处理过后的微观组织结构和性能，发现硅元素的掺杂会使得颗粒间 [8] 的接触点减少，表面/体扩散受到抑制，耐高温性能得到提升。冯坚等 选取仲丁醇铝与正硅酸乙酯  收稿