【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米多孔材料的制备工艺领域，具体涉及一种有序结构可瓷化气凝胶的制备方法。
技术介绍
1、烧蚀热防护材料广泛应用于超高速飞行器，通过自我牺牲在气动加热环境中提供热防护和热屏蔽。在气凝胶材料中，酚醛气凝胶以其残碳率高、耐高温、保温性能好等独特优势，被广泛应用于高超声速飞行器的保温中。
2、酚醛气凝胶是由小分子酚类和醛类合成的，制备周期超过7天。此外，湿凝胶在干燥过程中会产生显著的毛细压力，导致气凝胶坍塌、起皱或收缩，以至于湿凝胶必须经过昂贵的超临界干燥。因此，纯的酚醛气凝胶的制备成本高、工艺难度大，严重阻碍了大规模工业生产。而且，酚醛气凝胶的力学性能和抗氧化/抗烧蚀性能较差，难以适应复杂和具有挑战性的工作环境。针对上述问题，研究者考虑在酚醛气凝胶中加入陶瓷填料可以提高其抗氧化性，例如，添加二氧化锆、多壁碳纳米管和纳米粘土等纳米颗粒。但是，并不能有效的提高其抗烧蚀率及力学性能，其结构稳定性在高温下随时间推移明显变差，孔结构易于坍塌。
3、并且基于当前多孔纤维骨架复合气凝胶材料的研究结果，可以发现，气凝胶复合材料在强度提升、耐温性能改善的同时，热导率却有一定程度上升，这引起了气凝胶材料中强度和隔热性能难以兼容这一共性问题。
4、现有技术(cn111349267a)制备的复合材料1000℃考核失重率最低为30.7％，并且通过无机包裹有机达到抗氧化的效果。现有技术cn110467742a采用一种引发剂室温常压下2-5天后才能形成湿凝胶，以上方法中存在制备步骤复杂、周期长、失重率高且性能差的问
技术实现思路
1、为了克服上述现有的酚醛复合气凝胶技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种简单操作的有序结构可瓷化气凝胶的制备方法，提高基体的耐温性，使用定向铸造将陶瓷填料进行有序结构调控，以石墨烯、碳纳米纤维等为导热填料，将酚醛气凝胶与有序的无机气凝胶进行复合，通过常压干燥获得可瓷化气凝胶材料。在使用过程中通过烧蚀一部分来带走热量，同时形成耐高温涂层，进一步提升其耐温性。解决目前制备过程复杂繁琐等难题，制备耐烧蚀陶瓷气凝胶材料。该材料有望满足目前航空航天等领域的需求。
2、本专利技术所述的技术方案为：一种有序结构可瓷化气凝胶的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
3、(1)称取无机盐加入到无水乙醇和去离子水的混合溶液中，搅拌至完全溶解；然后加入模板剂搅拌后，加硅源继续搅拌，最终得到气凝胶前驱体溶液；
4、(2)将步骤(1)得到的气凝胶前驱体溶液中加功能化导热填料搅拌后放入电场诱导定向仪器中，定向结束后加入凝胶剂，经过室温凝胶、老化及溶剂置换后进行超临界干燥，最后在空气气氛下煅烧得到有序结构陶瓷气凝胶；
5、(3)称取酚醛树脂加入到无水乙醇中，搅拌完全溶解后加入固化剂，溶解后将酚醛溶液倒入到步骤(2)制备的有序结构的陶瓷气凝胶中，使其完全浸渍后放入烘箱中常压干燥，最终制得有序结构可瓷化气凝胶。
6、优选步骤(1)中所述无机盐为zr、gd或tm的硝酸盐或zr、gd或tm的氯化盐中的至少一种。
7、优选步骤(1)中所述的模板剂为丙酰胺、聚丙烯酸、酚醛树脂、3-羧基-3-羟基戊二酸或氨基甲醛中的一种。
8、优选步骤(1)中所述的硅源为硅酸四乙酯、硅酸四甲酯、硅酸四丁酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷或硅酸钠其中一种；优选搅拌时间为10～120min。
9、优选步骤(1)中所述的无机盐与硅源的质量比为1：(1～1.5)；无机盐：去离子水：无水乙醇：模板剂的质量比为1：(8～22)：(9～20)：(2～10)。
10、优选步骤(2)中所述的凝胶剂为氧化丙烯；无机盐与凝胶剂的质量比为1：(1.5～8)。
11、优选步骤(2)中所述的溶剂置换和老化时间为2～6d，溶剂为无水乙醇，每隔4～12h更换一次；煅烧时间为0.5～4h，煅烧温度为900～1400℃，升温速率为1～10℃/min。
12、优选步骤(3)中所述的酚醛树脂、固化剂与乙醇之间的质量比为1：(0.1～0.8)：(1～5)。
13、优选步骤(3)中所述的固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、间苯二胺、间苯二甲胺或六亚甲基四胺其中一种。
14、优选步骤(3)中所述的常压干燥的温度为50～150℃。
15、有益效果：
16、(1)相比较现有制备技术，本专利技术使用定向铸造法制备的气凝胶基体具有有序结构，可以增强其力学性能并降低热导率；
17、(2)相比较于其他酚醛材料，本专利技术制备的有序可瓷化气凝胶材料具有更优异的可控结构，更有利于后期调控改性；
18、(3)本专利技术所述的有序可瓷化气凝胶材料，突破了现有耐烧蚀材料仅通过将无机负载在有机物表面来抗氧化手段，可以直接使用，并在使用过程通过自身烧蚀形成抗氧化涂层，不仅解决了氧化问题，也提高了耐温性。拓展了其应用领域，在隔热领域以及耐高温领域具有潜在的应用前景。
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1.一种有序结构可瓷化气凝胶的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述无机盐为Zr、Gd或Tm的硝酸盐或Zr、Gd或Tm的氯化盐中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的模板剂为丙酰胺、聚丙烯酸、酚醛树脂、3-羧基-3-羟基戊二酸或氨基甲醛中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的硅源为硅酸四乙酯、硅酸四甲酯、硅酸四丁酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷或硅酸钠其中一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的无机盐与硅源的质量比为1：(1～1.5)；无机盐：去离子水：无水乙醇：模板剂的质量比为1：(8～22)：(9～20)：(2～10)。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的凝胶剂为氧化丙烯；无机盐与凝胶剂的质量比为1：(1.5～8)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的溶剂置换和老化时间为
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的酚醛树脂、固化剂与乙醇之间的质量比为1：(0.1～0.8)：(1～5)。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、间苯二胺、间苯二甲胺或六亚甲基四胺其中一种。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的常压干燥的温度为50～150℃。
...【技术特征摘要】
1.一种有序结构可瓷化气凝胶的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述无机盐为zr、gd或tm的硝酸盐或zr、gd或tm的氯化盐中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的模板剂为丙酰胺、聚丙烯酸、酚醛树脂、3-羧基-3-羟基戊二酸或氨基甲醛中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的硅源为硅酸四乙酯、硅酸四甲酯、硅酸四丁酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷或硅酸钠其中一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的无机盐与硅源的质量比为1：(1～1.5)；无机盐：去离子水：无水乙醇：模板剂的质量比为1：(8～22)：(9～20)：(2～10)。
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【专利技术属性】
技术研发人员：崔升，尚思思，尤琦，李达，宋梓豪，袁满，刘伟，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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