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超高温气凝胶保温材料技术性能

浏览:0 发布日期:2019-01-31

  气凝胶是一种新型纳米多孔材料,具有轻质(密度仅0.05 ~ 0.2g/cm3),高比表面积(500 ~ 1200 m2/g),低热导率(常温一般为0.015W/m·K),A1级防火等特点,被国际上公认是首选的超级绝热材料。目前,研究和应用比较成熟的是SiO2体系的气凝胶材料,其长时间使用温度不高于650℃,难以满足更高温度环境下应用的需求。因此,长久以来人们对更耐温的Al2O3气凝胶进行了深入的研究。大量研究发现,Al2O3气凝胶相比于SiO2 气凝胶具有较好的热稳定性。在应用方面,美国“旋翼飞行器的轻质隔热材料研究”以及“气凝胶与航天器生存能力”研究计划已经研制出了温度在350℃~1000 ℃ 性能优异的气凝胶。美国宇航局(NASA) Ames 研究中心开发了陶瓷纤维-气凝胶复合隔热瓦,与原来的隔热瓦相比,强度大大提升,隔热性能提高了10-100倍。

  2011年至今,同济大学针对耐高温气凝胶,特别是氧化铝气凝胶进入了深入的研究。祖国庆等通过氧化铝与氧化硅复合,以及一系列表面修饰技术,制备了硅/铝复合气凝胶,复合气凝胶在1000℃热处理后线收缩为0%,1200℃热处理后线收缩为2%,1200℃处理后比表面积仍高达185 m2/g。该性能达到国际先进水平。接着,我们将氧化铝气凝胶与莫来石纤维毡进行复合,制备了氧化铝基耐高温复合材料,1200℃下热导率约为传统莫来石纤维毡的一半。此后,我们引入了红外遮光剂TiO2来抑制复合材料在高温下的辐射热传导,进一步提高其保温隔热性能。

  技术性能

  复合材料具有较好的强度,压缩强度达3。5MPa,在800℃、1000℃和1200℃下的热导率分别为0。058、0。080和0。11W/m·K。最后,我们对复合材料的工艺优化进行了大量了实验,确定了最佳的溶胶-凝胶参数、最佳的红外遮光剂TiO2掺杂量和最佳的干燥工艺,制备了大尺寸200×200×20mm的样品。大尺寸样品具有较好的均匀性,1200℃下线收缩<2%,吸湿率<1%,具有很好的环境稳定性,方便长时间储存。

  1、该技术突破了传统SiO2气凝胶耐温650℃的瓶颈,使气凝胶的耐温提高到1000℃以上,甚至达到1200℃。

  2、针对实际应用,我们将氧化铝气凝胶与耐高温莫来石纤维毡进行复合,解决了氧化铝的脆性问题。

  3、引入了红外遮光剂TiO2,有效抑制了高温下的辐射热传导,进一步改善了复合材料的隔热性能。

  4、改善了工艺,使其更加稳定,制备了大尺寸的复合材料。

  技术成熟度

  项目成熟度较好。

  耐高温Al2O3气凝胶复合材料的制备主要采用溶胶-凝胶法,与纤维毡复合采用浸渍法,干燥采用乙醇或者CO2超临界干燥。这一系列工艺与目前大多数公司生产SiO2气凝胶复合材料的工艺流程类似,便于生产。此外,针对复合材料的制备工艺进行了不断的优化和改善,目前实验室已经可以制备出200×200×20mm大尺寸的样品。超高温气凝胶保温材料


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