耐高温SiC气凝胶的制备方法技术

耐高温SiC气凝胶的制备方法，它涉及一种气凝胶的制备方法。本发明专利技术是为了解决现有制备SiC气凝胶的方法产率低、气凝胶的微观结构易破坏的技术问题。本方法如下：一、制备A液、B液并将A液、B液混合得水解液；二、制备湿凝胶；三、制备气凝胶；四、将气凝胶与镁粉反应后，清洗、干燥，即得SiC气凝胶。本发明专利技术采用镁热还原，在惰性气体保护下，将气凝胶前驱体还原为SiC气凝胶。成功避免了R

Preparation of SiC aerogels with high temperature resistance

【技术实现步骤摘要】
耐高温SiC气凝胶的制备方法
本专利技术涉及一种气凝胶的制备方法。
技术介绍
作为一种高孔隙率三维多孔材料，气凝胶具有低密度，高比表面积，低导热系数，高声阻等特点，因此被广泛用于绝热、隔音、吸附、催化等领域。目前，报道的气凝胶以硅基(SiO2气凝胶)、碳基(碳气凝胶、石墨烯气凝胶、纤维素气凝胶)及金属氧化物基(Al2O3气凝胶)为主。但此类材料或多或少能存在一定问题：对于SiO2气凝胶，虽然具有很好的绝热系数，但是自身耐高温能力较差，当温度高于600℃后三维多孔骨架极易坍塌，失去隔热能力；对于碳气凝胶，抗氧化性能较差，在高温状态下极易氧化分解；对于Al2O3气凝胶，具有较好的耐高温性能，但是其耐酸碱能力相对一般，尤其是酸性条件下极易发生复分解反应，失去应有的性能。相对于上述材料，SiC化学性能稳定，耐磨性能、耐高温性能优异，是一种理想的耐火材料。目前SiC的制备主要通过硅源与碳源在高温下的碳热还原反应制备而成，如公开号为CN102897764A的中国专利公布了一种SiC气凝胶的制备方法，该专利采用苯二酚-甲醛为碳源，3-氨丙基三乙氧基硅烷-正硅酸乙酯为混合硅源，在1500-1600℃高温下经碳热还原制备得到SiC气凝胶材料。但是此方法在合成过程中极易产生SiO气体中间相，破坏气凝胶的微观结构，大大降低了块状SiC气凝胶的产率。相对于碳热还原法，镁热还原法反应温度较低(＜800℃)，在SiC气凝胶的合成过程中可以大大避免SiO中间相的产生，从而能够保持前驱体相貌完整，适于各特种异形件的制备。如《原子能科学与技术》期刊公布了一种镁热还原制备SiC气凝胶的方法，该法以间苯二酚-甲醛为碳源，正硅酸乙酯为硅源，在700℃下即可制备得到SiC气凝胶。但不论是镁热还原还是碳热还原，皆需选择合适的硅源与碳源，工艺繁琐，产物成分复杂，产率相对较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有制备SiC气凝胶的方法产率低、气凝胶的微观结构易破坏的技术问题，提供了一种耐高温SiC气凝胶的制备方法。耐高温SiC气凝胶的制备方法按照以下步骤进行：一、称取9.9gR1Si(OR2)3及7.6g正硅酸甲酯，磁力搅拌5min后得到混合液A；二、称取46g乙醇、1.8g去离子水及0.25g司盘-20混合后得到混合液B；三、将混合液A、混合液B混合，滴入0.5mL浓度为1mol/L的盐酸常温下磁力搅拌2h，得到水解液；四、取25mL水解液，向其中滴入0.5mL浓度为1mol/L的氨水，转移至密闭容器后，置于50℃烘箱中0.5h-10h，得到湿凝胶；五、将湿凝胶在50℃下经25mL甲醇老化24h，再以25mL乙醇交换2次、25mL正己烷交换3次，常压梯度干燥，得到苯基杂化SiO2气凝胶；六、将2.0g苯基杂化SiO2气凝胶与2.5g粒径为10-100μm的镁粉置于不锈钢反应器中，再将不锈钢反应器置于管式炉中，采用流速100mL/min的氩气先吹扫炉体0.5h，在氩气保护下以5℃/min升温至650℃，恒温5h后自然冷却至室温，得粗产物；七、将粗产物分别采用质量浓度为5％氢氟酸、浓度为6mol/L盐酸、浓度为1mol/L盐酸清洗3h，去离子水冲洗至洗液为中性后，于90℃真空干燥，得到SiC气凝胶。步骤一中所述R1Si(OR2)3，其中R2＝CH3或CH2CH3，R1＝碳原子数≥6的芳香烃或烷烃。耐高温SiC气凝胶的制备方法按照以下步骤进行：一、称取23g-46g乙醇、0.9g-1.8g去离子水及0.125g-0.25g司盘-20混合后磁力搅拌5min，随后向其中滴加14.5g-19.8gR1Si(OR2)3及0.5mL浓度为0.1mol/L的盐酸，再在50℃-80℃油浴中搅拌2h，得到水解液；二、取25mL水解液，向其中滴入0.5mL-1mL浓度为6mol/L-12mol/的氨水，转移至密闭容器后，置于50℃烘箱中0.5h-10h，得到湿凝胶；三、湿凝胶在50℃下经25mL甲醇老化24h，再以25mL乙醇交换2次、25mL正己烷交换3次，然后在8MPa、30℃的条件下超临界干燥4h，得到气凝胶；四、将1.8g-2.3g气凝胶与2.3g-2.8g粒径为10-100μm的镁粉置于不锈钢反应器中，再将不锈钢反应器置于管式炉中，采用流速100mL/min的氩气先吹扫炉体0.5h，在氩气保护下以5℃/min升温至650℃，恒温5h后自然冷却至室温，得粗产物；五、将粗产物分别采用质量浓度为5％氢氟酸、浓度为6mol/L盐酸、浓度为1mol/L盐酸清洗3h，去离子水冲洗至洗液为中性后，于90℃真空干燥，转移至马弗炉内，再在550℃煅烧2h，得到SiC气凝胶。步骤一中所述R1Si(OR2)3，其中R2＝CH3或CH2CH3，R1＝碳原子数≥6的芳香烃或烷烃。耐高温SiC气凝胶的制备方法按照以下步骤进行：一、称取10.3g丙基三乙氧基硅烷及10.4g正硅酸乙酯，磁力搅拌5min后得到混合液A；二、称取40.8g乙醇、4.0g去离子水及0.25g十六烷基三甲基溴化铵混合后得到混合液B；三、将混合液A、混合液B混合，滴入1mL浓度为1mol/L的盐酸，在50℃条件下磁力搅拌4h，得到水解液；四、取25mL水解液，向其中滴入0.5mL浓度为1mol/L的氨水，转移至密闭容器后，置于50℃烘箱中0.5h-10h，得到湿凝胶；五、将湿凝胶在50℃下经25mL甲醇老化24h，再以25mL乙醇交换2次、25mL正己烷交换3次，常压梯度干燥，得到苯基杂化SiO2气凝胶；六、将2.0g苯基杂化SiO2气凝胶与2.5g粒径为10-100μm的镁粉置于不锈钢反应器中，再将不锈钢反应器置于管式炉中，采用流速100mL/min的氩气先吹扫炉体0.5h，然后在氩气保护下以5℃/min升温至650℃，恒温5h后自然冷却至室温，得粗产物；七、将粗产物分别采用质量浓度为5％氢氟酸、浓度为6mol/L盐酸、浓度为1mol/L盐酸清洗3h，去离子水冲洗至洗液为中性后，于90℃真空干燥，得到SiC气凝胶。步骤一中所述R1Si(OR2)3，其中R2＝CH3或CH2CH3，R1＝碳原子数≥6的芳香烃或烷烃。本专利技术的优点如下：1.从源头入手，简化原料组分，采用只含有C、Si、O元素的有机硅为单一前驱体。其结构通式可写成R1Si(OR2)3，其中R2＝CH3或CH2CH3，R1＝碳原子数≥6的芳香烃或烷烃，包括但不限于苯基、己基、庚基、辛基的一种或多种。2.采用溶胶-凝胶法，经超临界干燥制备了孔道结构均一、形状完整的有机硅气凝胶，其结构通式可写成R1SiO1.5，其中R1＝碳原子数≥6的芳香烃或烷烃，包括但不限于苯基、己基、庚基、辛基的一种或多种。3.采用镁热还原，在惰性气体保护下，将气凝胶前驱体还原为SiC气凝胶。该方法成功避免了R1SiO1.5还原过程中SiO气体的产生，最大程度上保持产物形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.耐高温SiC气凝胶的制备方法，其特征在于该耐高温SiC气凝胶的制备方法按照以下步骤进行：/n一、称取9.9g R

【技术特征摘要】
1.耐高温SiC气凝胶的制备方法，其特征在于该耐高温SiC气凝胶的制备方法按照以下步骤进行：
一、称取9.9gR1Si(OR2)3及7.6g正硅酸甲酯，磁力搅拌5min后得到混合液A；
二、称取46g乙醇、1.8g去离子水及0.25g司盘-20混合后得到混合液B；
三、将混合液A、混合液B混合，滴入0.5mL浓度为1mol/L的盐酸常温下磁力搅拌2h，得到水解液；
四、取25mL水解液，向其中滴入0.5mL浓度为1mol/L的氨水，转移至密闭容器后，置于50℃烘箱中0.5h-10h，得到湿凝胶；
五、将湿凝胶在50℃下经25mL甲醇老化24h，再以25mL乙醇交换2次、25mL正己烷交换3次，常压梯度干燥，得到苯基杂化SiO2气凝胶；
六、将2.0g苯基杂化SiO2气凝胶与2.5g粒径为10-100μm的镁粉置于不锈钢反应器中，再将不锈钢反应器置于管式炉中，采用流速100mL/min的氩气先吹扫炉体0.5h，在氩气保护下以5℃/min升温至650℃，恒温5h后自然冷却至室温，得粗产物；
七、将粗产物分别采用质量浓度为5％氢氟酸、浓度为6mol/L盐酸、浓度为1mol/L盐酸清洗3h，去离子水冲洗至洗液为中性后，于90℃真空干燥，得到SiC气凝胶。


2.根据权利要求1所述耐高温SiC气凝胶的制备方法，其特征在于步骤一中所述R1Si(OR2)3，其中R2＝CH3或CH2CH3，R1＝碳原子数≥6的芳香烃或烷烃。


3.根据权利要求1所述耐高温SiC气凝胶的制备方法，其特征在于步骤一中所述R1Si(OR2)3为苯基三甲氧基硅烷。


4.耐高温SiC气凝胶的制备方法，其特征在于该耐高温SiC气凝胶的制备方法按照以下步骤进行：
一、称取23g-46g乙醇、0.9g-1.8g去离子水及0.125g-0.25g司盘-20混合后磁力搅拌5min，随后向其中滴加14.5g-19.8gR1Si(OR2)3及0.5mL浓度为0.1mol/L的盐酸，再在50℃-80℃油浴中搅拌2h，得到水解液；
二、取25mL水解液，向其中滴入0.5mL-1mL浓度为6mol/L-12mol/的氨水，转移至密闭容器后，置于50℃烘箱中0.5h-10h，得到湿凝胶；
三、湿凝胶在50℃下经25mL甲醇老化24h，再以25mL乙醇交换2次、25mL正己烷交换3次，然后在8MPa、30℃的条件下超临界干燥4h，得到气凝胶；
四、将1.8g-2.3g气凝胶与2.3g-2.8g粒径为10-100μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春晖，张磊，李季，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23