【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气凝胶材料的制备工艺领域，尤其设计一种以有机前驱体为原料经冷冻干燥制制备有机气凝胶，后经浸渍工艺制备钛溶胶负载的多孔湿凝胶，然后结合超临界干燥以及高温碳热还原工艺的生物质基氮化钛陶瓷气凝胶的制备方法。
技术介绍
1、气凝胶是由纳米孔洞与纳米骨架组成的三维连续多孔材料，具有如高比表面积、低密度、高孔隙率、低热导率等优异性能、低声传播速度、低介电常数，是目前发现的最轻、隔热效果最好的固体材料，因而在隔热、催化、吸附和阻抗耦合领域有着广泛的应用前景。陶瓷气凝胶具有良好的保温性能、化学稳定性和多种功能，在恶劣条件下的保温中具有应用潜力。然而，传统氧化物陶瓷气凝胶热稳定性差，使用温度低，限制了其在高温环境下的广泛应用。与氧化物陶瓷相比，非氧化物陶瓷具有硬度高、模量好、抗蠕变性能好、耐高温等明显优势。氮化物陶瓷材料不仅熔点高、硬度大、热稳定性好及耐磨性好，同时还具有良好的生物惰性，尤其是在高温、高压以及强腐蚀等复杂条件下应用时拥有明显的优势。通过将tin材料制备成多孔陶瓷气凝胶结构，将兼具气凝胶与氮化钛的优异特性，这对于拓展tin材料的应用领域具有十分重要的意义。传统的方法是以二氧化钛粉末为原料，如常州工学院周康等人(cn115849314a)以二氧化钛粉末为原料，在naoh水溶液中通过水热合成、冷冻干燥、氮化处理得到tin气凝胶，但此方法得到的tin气凝胶耐温性较差。武汉科技大学张金华等人(qin x,pang j,zhang j.preparation of ultrafine titanium nitride powde
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了改进现有技术存在的不足而提供一种耐高温高强度的生物质基氮化钛陶瓷气凝胶的制备方法。
2、本专利技术的技术方案为：本专利技术以有机前驱体为原料经冷冻干燥制备有机气凝胶，然后采用浸渍工艺制备钛溶胶负载的多孔湿凝胶，并通过二氧化碳超临界干燥和热处理工艺制备tin陶瓷气凝胶。此方法制备出的气凝胶材料相较于传统tin陶瓷材料具备更大的比表面积、孔隙率、更高耐温性和隔热性能，对实现tin气凝胶在航空航天、高温窑炉、建筑节能等多个领域的应用具备重要意义。
3、本专利技术的具体技术方案为：一种生物质基氮化钛陶瓷气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
4、(1)将生物质基有机前驱体溶解至酸性溶液中，采用定向冷冻干燥技术得到有机气凝胶；
5、(2)将钛源、醇、酸溶液、水在20～30℃下按比例混合均匀形成tio2溶胶；
6、(3)将步骤(1)中的有机气凝胶浸渍在步骤(2)中的tio2溶胶中，放入40～70℃的烘箱中待其凝胶，然后对其湿凝胶进行溶剂置换；
7、(4)将步骤(3)中的湿凝胶进行超临界干燥处理，得到有机-无机杂化气凝胶；(5)将步骤(4)中的杂化气凝胶在含氮气氛下进行高温热处理，最终得到tin陶瓷气凝胶。
8、优选步骤(1)中所述的生物质基有机前驱体为壳聚糖、葡萄糖、甲壳素、脂肪酸或麦芽糖中的一种或其混合物；酸性溶液为乙酸、甲酸、丙酸、盐酸、硝酸、硫酸、草酸、苯甲酸或苯乙酸中的一种或其混合物；酸性溶液质量浓度为5～50％；有机前驱体和酸性溶液的质量比为1：(5～50)。
9、优选步骤(1)中所述的定向冷冻干燥技术中降温速率为1～10℃/min，冷冻干燥压力为0.1～50pa、冷冻干燥的温度为-30℃～-60℃、冷冻干燥时间为12～72h。
10、优选步骤(2)所述的钛源为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或四氯化钛中的一种或其混合物；醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或乙二醇中的一种或其混合物；酸溶液为盐酸、硼酸、磷酸、次氯酸或高氯酸中的一种或其混合物，其中酸溶液的质量浓度为5～50％；钛源、醇、酸溶液和水的质量比为1：(2～10)：(1～5)：(0.1～1)。
11、优选步骤(3)中的置换溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、正戊醇或异丙醇中的一种或其混合物；置换次数为5～15次，每次间隔6～12h。
12、优选步骤(4)中所述的干燥方法为二氧化碳超临界干燥法：以二氧化碳作为干燥介质，反应温度为40～70℃、干燥压强为8～15mpa、放气速率为4～16l/min、干燥时间为5～14h。
13、优选步骤(5)中的含氮气氛为氮气或氨气中的一种或其混合气体，热处理温度为1000～1500℃、升温速度为2～8℃/min、保温时间为2～7h。
14、有益效果：
15、本专利技术方法以及由该方法制备的一种耐高温tin陶瓷气凝胶材料具有如下特点：(1)典型的气凝胶纳米结构。以有机前驱体为原料，通过冷冻干燥法制备出有机气凝胶，并通过浸渍工艺制备钛溶胶负载的多孔湿凝胶，然后通过超临界干燥和碳热还原最终制得低热导率的tin陶瓷气凝胶，实现了耐高温低热导率tin陶瓷气凝胶的成功制备。
16、(2)孔结构丰富。制备的材料孔隙率高、比表面积大、具有纳米级孔隙。
17、(3)工艺新颖。本工作的创新性在于以生物质材料作为有机前驱体从而制备出轻质多孔块状tin陶瓷气凝胶，摒弃了传统意义上制备tin陶瓷所用的tio2纳米粉体，本专利技术为块状多孔tin陶瓷气凝胶材料的制备提供了新的思路。
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1.一种生物质基氮化钛陶瓷气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的生物质基有机前驱体为壳聚糖、葡萄糖、甲壳素、脂肪酸或麦芽糖中的一种或其混合物；酸性溶液为乙酸、甲酸、丙酸、盐酸、硝酸、硫酸、草酸、苯甲酸或苯乙酸中的一种或其混合物；酸性溶液质量浓度为5～50％；有机前驱体和酸性溶液的质量比为1：(5～50)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的定向冷冻干燥技术中降温速率为1～10℃/min，冷冻干燥压力为0.1～50Pa、冷冻干燥的温度为-30℃～-60℃、冷冻干燥时间为12～72h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的钛源为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或四氯化钛中的一种或其混合物；醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或乙二醇中的一种或其混合物；酸溶液为盐酸、硼酸、磷酸、次氯酸或高氯酸中的一种或其混合物，其中酸溶液的质量浓度为5～50％；钛源、醇、酸溶液和水的质量比为1：(2～10)：(1～5)：(0.1～1)。
5.根据权利要求1所述的制
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述的干燥方法为二氧化碳超临界干燥法：以二氧化碳作为干燥介质，反应温度为40～70℃、干燥压强为8～15MPa、放气速率为4～16L/min、干燥时间为5～14h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中的含氮气氛为氮气或氨气中的一种或其混合气体，热处理温度为1000～1500℃、升温速度为2～8℃/min、保温时间为2～7h。
...【技术特征摘要】
1.一种生物质基氮化钛陶瓷气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的生物质基有机前驱体为壳聚糖、葡萄糖、甲壳素、脂肪酸或麦芽糖中的一种或其混合物；酸性溶液为乙酸、甲酸、丙酸、盐酸、硝酸、硫酸、草酸、苯甲酸或苯乙酸中的一种或其混合物；酸性溶液质量浓度为5～50％；有机前驱体和酸性溶液的质量比为1：(5～50)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的定向冷冻干燥技术中降温速率为1～10℃/min，冷冻干燥压力为0.1～50pa、冷冻干燥的温度为-30℃～-60℃、冷冻干燥时间为12～72h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的钛源为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或四氯化钛中的一种或其混合物；醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或乙二醇中的一种或其混合...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓栋，崔升，丁以理，古欣迪，谢然，郭泓彤，赵秋菊，程家宜，赵曼妤，马孟齐，邓朔，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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