专利名称：一种耐高温Si-C-O气凝胶隔热复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种气凝胶隔热复合材料的制备方法，尤其是涉及一种将耐高温 Si-C-O气凝胶与无机陶瓷纤维复合得到的气凝胶隔热复合材料的制备方法。
背景技术：
未来航天飞行器在向高马赫数、长航时等方向发展时，飞行器外表面所承受到的气动加热量大，表面温度高，对防隔热结构的要求更加苛刻。在民用方面，全球能源日益紧缺，一些高温领域如飞机发动机、石油管道、炉窑及其它热工设备等也对隔热材料提出更高要求。传统的隔热材料如陶瓷纤维棉毡和陶瓷隔热瓦等，已难以满足实际应用所提出的更高要求。因此，研制一种耐更高温度、轻质、良好力学性能的高效隔热材料对满足民用节能减排以及航天飞行器热防护系统的需求具有重要的现实意义。气凝胶材料是一种新型的隔热材料，它具有低密度(最低可达0.003g/cm3)、高孔隙率(最高可达99. 8%)、高比表面积(200-1000m2/g)以及纤细的骨架颗粒和纳米多孔结构等特点，可最大程度抑制固体、气体热传导，是目前已知热导率最低的固体材料(如SiO2气凝胶常温下热导率约为0. 015ff/m-K)o目前，常用的气凝胶体系主要有Si02、Al2O3以及碳气凝胶等，并在一些领域得到了应用，显示出了良好的隔热保温效果。例如，美国ASPEN公司制备的SW2气凝胶复合材料产品在常温和500°C下热导率分别为0. 013-0. 016ff/m. K和 0. 033ff/m. K。美国专利US6620458B2公开了一种低密度、高孔隙率的Al2O3气凝胶制备方法，其可耐950°C不烧结，800°C热导率为0. 098ff/m. K，本申请人于2007年提出的专利申请 CN101041770A公开的Al2O3气凝胶隔热复合材料在1000°C时的热导率为0. 063-0. 069W/ m.K。中国专利CN101698591A公开的一种纤维复合炭气凝胶隔热材料，常温热导率为 0. 03-0. 05ff/m. K, 1000°C热导率为 0. 05-0. 09ff/m. K。不过，现有的气凝胶隔热材料仍存在以下几个问题有待改进(1)由于红外辐射传热与温度的3次方成正比，高温下辐射传热将占据传热的主导地位，而单纯的Si02、Al203 气凝胶在3-8mm的近红外具有较强的透过性，高温红外辐射遮挡能力较差，限制了其在隔热领域的应用。目前，许多学者多采用添加遮光剂或纤维表面改性等方式来提高Si02、Al203 气凝胶复合材料的高温红外辐射遮挡能力。常用的遮光剂有碳黑、无机化合物(Ti02、Fe304、 B4C)、钛酸钾晶须、纳米半导体等。这些方式都不是从气凝胶本身的角度来提高其红外辐射遮挡能力。同时，大多数的遮光剂多采用在溶胶制备过程中经机械搅拌或超声波作用与气凝胶复合，遮光剂的分散均勻性要求较高，如果分散不均勻或发生团聚，有时反而会降低材料的隔热性能和力学性能；(2)由于材料本身固有特性，随着使用温度的升高，气凝胶多孔结构会逐渐坍塌，颗粒长大，导致其比表面积和孔隙率的降低，从而影响气凝胶材料的使用性能。一般而言，3102气凝胶、Al2O3气凝胶的使用温度分别不超过800°C和1000°C。碳气凝胶在非氧化气氛或真空下能够承受较高的温度，但在有氧条件下则易被氧化，使用温度不高。因而，急需寻求一种耐更高温度，同时本身具有一定遮挡红外辐射能力的气凝胶材料体系。
由于单纯的氧化物气凝胶已难达到更高的使用温度，而通过在氧化物如SiA体系的基础上引入碳元素以改善其组成及价键结构，则得到的Si-C-O陶瓷比SiA将具有耐更高温度及较好的隔热性能。这是因为在Si-C-O材料中，形成了比Si-O四面体结构更牢固的Si-C四面体结构以及自由碳，粘度较MO2非晶材料也增加了两个数量级以上(Rouxel T. J. Sol-Gel Sci. Techn. , 1999，14: 87-94)，这些组分的存在有利于抑制Si-C-O陶瓷的尚温烧结ο目前，Si-C-O材料一般通过先驱体裂解转化法制备，由于裂解过程中剧烈的化学反应和收缩，目前获得的Si-C-O材料大多为致密玻璃。Weinberger M等报道了高比表面积Si-C-O块状材料的制备方法，该材料具有大孔(大于50nm)、介孔、微孔的多级孔结构，密度0.4g/cm3，其孔径较大，不利于实现低气态热传导(Weinberger M. Chem. Mater. , 2010, 22: 1509-1520)。美国专利US6620749B2公开了一种黑色轻质Si-C-O多孔陶瓷隔热材料， 以有机硅氧烷为原料，通过溶胶-凝胶、常压干燥及高温裂解制备了 Si-C-O黑色耐高温陶瓷，其具有耐高温(使用温度可达1700°C)，轻质(密度为0. 12-0. 6g/cm3)等特点，不过单纯的Si-C-O多孔陶瓷脆性较大，限制了其在高温隔热领域的应用。
发明内容
为克服现有Si-C-O气凝胶力学强度低等问题，本发明提供一种既耐高温，又具有良好隔热性能和力学性能的Si-C-O气凝胶隔热复合材料的制备方法。本发明的技术方案是，将硅源和碳源混合，经水解和缩聚反应，形成具有纳米多孔的三维网络骨架结构并在网络结构中含有Si、C、0三种元素的溶胶，接着将所述溶胶与纤维毡或预制件复合，形成纤维与凝胶混合体，然后通过超临界流体干燥，得到具有纳米多孔结构的Si-C-O气凝胶先驱体复合材料，再对Si-C-O气凝胶先驱体复合材料进行高温惰性气氛裂解，最终形成具有Si-O键和Si-C键的Si-C-O气凝胶隔热复合材料。本发明具体包括以下步骤
(一)Si-C-O气凝胶先驱体溶胶的制备
将硅源、碳源与溶剂和水混合搅拌，再先后加入酸和碱催化，使得硅源和碳源分别在酸性和碱性条件下发生水解和缩聚反应，得到网络结构中含有Si、c、0三种元素的Si-C-O气凝胶先驱体溶胶，所述的硅源、碳源、溶剂、水、酸催化剂以及碱催化剂的摩尔比为1 0.1-1 0 2-30 2-12 1. 0X10_3-8. 0X10—3 1. 0 X 10_2-6 X 10_2 ；
所述硅源可以是一种四烷氧基硅烷Si (OR1)4，其中R1是饱和或者非饱和的包含1-12碳原子的基团，如正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；
所述碳源可以是一种二烷氧基硅烷(R2O)2-Si-R4R3,其中R2是饱和或者非饱和的包含 1-12碳原子的基团，R4、R3是饱和或者非饱和的包含1-12碳原子的相似或者不同的基团， 包括烷基、卤代烯烃基、芳基、烷芳基、芳烷基；R3、R4中的一个也可以是氢原子，如二甲基二乙氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二乙基二丁氧基硅烷、二己基二甲氧基硅烷、二烯基甲基二乙氧基硅烷或以上各物质以任意比互溶的混合物；
所述醇溶剂可以是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇中的一种或两种以上的任意比例混合物；所述酸催化剂可以是盐酸、硝酸、硫酸、草酸或乙酸；
所述碱催化剂可以是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾或尿素；
(二)混合
将步骤(一)所得Si-C-O气凝胶先驱体溶胶加入纤维毡或预制件，使之与纤维毡或预制件混合，在室温下静置1-10小时后，形成凝胶，得到纤维与凝胶混合体；
所述纤维毡或预制件可以是纤维棉、纤维毯、纤维板或纤维预制件，主要是由纤维构成，优先选择耐高温性能好的纤维，可以是选自碳纤维、预氧丝、氧化铝纤维、氧化锆纤维、 石英纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维、碳化硅纤维、高硅氧纤维的一种或者所述纤维中两种以上的组合，纤维直径3-10mm，纤维毡或预制件的纤维体积分数2%_15% ；
(三)老化
将步骤(二)所得纤维与凝胶混合体加入醇溶剂进行老化，醇溶剂加入量只要能覆盖纤维与凝胶混合体表面，防止凝胶内部的溶剂挥发即可，老化温度25-50°C，老化时间1-3天， 所述醇溶剂可以是选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇中的一种或两种以上的任意比例混合物；
(四)超临界干燥
将经步骤(三)老化的纤维与凝胶混合体进行超临界流体干燥，所述超临界流体干燥的条件为以乙醇、丙醇或异丙醇为干燥介质，优选乙醇，将纤维与凝胶混合体放入超临界流体干燥设备中，预充0. 4-2. 5MPa的氮气，再以0. 5-1. 5°C /min速度加热到醇溶剂的超临界点以上，保温1-5小时，再以40-100KPa/min速度缓慢释放压力，最后以队气冲扫10-90分钟，得到Si-C-O气凝胶先驱体复合材料；
(五)高温裂解
将经步骤(四)超临界干燥后得到的Si-C-O气凝胶先驱体复合材料在惰性气氛保护下， 进行高温裂解，Si-C-O气凝胶先驱体发生断键重排反应，最终生成具有Si-C-O无定形网络结构和游离碳结构的Si-C-O气凝胶隔热复合材料；
所述惰性气氛可以是&、Ar或He气，裂解温度宜为900°C -1500°C，裂解时惰性保护气体流速为100-600mL/min，保温时间为1_4小时。本发明制备的Si-C-O气凝胶隔热复合材料具有以下优异性能
1.耐高温，本发明在第(一)步中通过二烷氧基硅烷(R2O)2-Si-R4R3为碳源引入碳元素，最终经过第(五)步高温裂解之后形成了具有Si-C键结构的Si-C-O气凝胶，其中Si-C 键的存在提高了气凝胶的耐高温性能，克服了 Si02、Al2O3气凝胶在高温下孔结构坍陷，因此得到的Si-C-O气凝胶在高温下仍具有较高的比表面积和孔隙率，使用温度可达1200°C， Si-C-O气凝胶隔热复合材料1200°C热处理2小时后，材料收缩率不超过5%。2.高温热导率低，高温隔热性能好，本发明第(一)步配制溶胶，第(二)步使其形成具有纳米骨架和纳米孔的凝胶(凝胶孔中为乙醇液体)，第(三)步超临界干燥排除了凝胶孔中的乙醇，置换成空气，并保留了其纳米骨架和纳米孔结构，最终第(五)步高温裂解形成的Si-C-O气凝胶仍保留了纳米骨架和纳米孔结构，这有利于降低固体和气体热传导，同时第(五)步高温裂解形成的Si-C-O气凝胶中存在游离C以及SiC纳米晶相，这有利于提高气凝胶高温遮挡红外辐射能力；另外，在第(二)步中采用了陶瓷纤维，这些陶瓷纤维进一步增强了材料高温下对红外辐射的吸收和散射能力，降低辐射传热，有效解决以往气凝胶高
6温挡红外辐射效果较差的问题本发明制备的Si-C-O气凝胶隔热复合材料在高温下仍具有较低的热导率，其800°c、IOOO0C、1200°C的热导率最低分别达0. 032W/m*K、0. 043W/m*K、 0.051W/m.K。3.良好的力学性能和成型性能，本发明第(二)步利用无机陶瓷纤维为增强相，通过将一种或多种无机纤维以制品形式(如纤维棉、纤维毯、纤维板或纤维预制件)与Si-C-O 气凝胶的复合使用，解决了纯Si-C-O气凝胶强度低、脆性大的问题，提高了本身的机械强度，抗弯强度可达2. 6MPa ；同时材料还具有良好的成型和加工性能，可制备出各种大型复杂形状的隔热构件，应用性能进一步提高，可以满足航空航天、军事以及民用等领域比较苛刻的隔热保温要求。
具体实施例方式以下通过实施例对本发明作进一步说明，但这些实施例不得用于解释对本发明保护范围的限制。实施例1
本实施例产品由莫来石纤维与Si-C-O气凝胶构成，硅源为正硅酸乙酯，碳源为二甲基二乙氧基硅烷，醇溶剂为无水乙醇，酸催化剂为盐酸，碱催化剂为氨水，先驱体溶胶的原料摩尔比为正硅酸乙酯二甲基二乙氧基硅烷无水乙醇去离子水盐酸氨水 =1 1.5 6 6 2X10—3 6X10—2，制备过程如下(1)将正硅酸乙酯、二甲基二乙氧基硅烷、盐酸、去离子水、所需无水乙醇量的一半混合搅拌30分钟后静置5小时；(2)将氨水和另一半的无水乙醇加入混合溶液中继续搅拌20分钟，得到Si-C-O气凝胶先驱体溶胶；
(3)将Si-C-O气凝胶先驱体溶胶加入装有体积分数为5%的莫来石纤维毡模具中，莫来石纤维的纤维直径为7mm，1小时后凝胶，并加入无水乙醇，使之浸满样品，于25°C下老化2天；
(4)将上述样品放入高压釜中，预充队至2.IMPa,以1. 5°C /min的速度加热至280°C，保温 2小时后，保持温度不变，以50KPa/min的速度缓慢释放压力，至常压后，以队冲扫高压釜30 分钟，关闭电源，使其自然冷却，得到Si-C-O气凝胶先驱体复合材料；(5)将Si-C-O气凝胶先驱体复合材料放入高温裂解炉中，充入N2,以5°C /min的速度升温至1200°C并恒温1小时，关闭电源，冷却至室温。即得到Si-C-O气凝胶隔热复合材料。所得的Si-C-O气凝胶1200°C热处理2小时后，比表面积为168m/g2，所得的Si_C_0 气凝胶隔热复合材料密度为0. 45g/cm3，800°C热导率为0. 032ff/m · K，1000°C热导率为 0. 043ff/m · K，抗弯强度为2. 6MPa，抗拉强度为1. 38MPa，抗压强度4. 9MPa (形变量为50% 时)。实施例2
本实施例产品由碳纤维与Si-C-O气凝胶构成。纤维毡是体积分数为8%的碳纤维毡，碳纤维直径为7mm，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶比表面积为217m/g2，所得的Si_C_0气凝胶隔热复合材料抗弯强度为2. 4MPa, 1200°C热导率为0. 051ff/m · K，1200°C热处理2小时后，材料收缩率为
4. 8%ο实施例3本实施例产品由硅酸铝纤维与Si-C-O气凝胶构成。
纤维毡是体积分数为7%的硅酸铝纤维毡，硅酸铝纤维直径为10mm，除此之外其余过程与实施例1相同。 所得的Si-C-O气凝胶隔热复合材料抗拉强度为1. 45MPa, 1000°C热导率为 0.044ff/m · K。实施例4
本实施例纤维毡是体积分数为8%的莫来石纤维毡，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶隔热复合材料抗弯强度为2. 18MPa，900°C热导率为0. 038W/ m · K, 1200°C热导率为 0. 055ff/m · K。实施例5
本实施例产品由碳化硅纤维与Si-C-O气凝胶构成。纤维毡是体积分数为7. 5%的碳化硅纤维毡，碳化硅纤维直径为10mm，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶隔热复合材料抗弯强度为2. 36MPa,抗压强度4. 3MPa (形变量为50%时)，1200°C热导率为0. 058ff/m · K，1200°C热处理2小时后，材料收缩率为4. 5%。实施例6
本实施例产品由氧化锆纤维与Si-C-O气凝胶构成。纤维毡是体积分数为6. 8%的氧化锆纤维，氧化锆纤维直径为3mm，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶比表面积为325m/g2，所得的Si_C_0气凝胶隔热复合材料抗弯强度为1. 75MPa，抗压强度3. 9MPa (形变量为50%时)，1200°C热导率为0. 053ff/m · K。实施例7
本实施例产品由氧化锆纤维与Si-C-O气凝胶构成。纤维毡是体积分数为21的氧化锆纤维，氧化锆纤维直径为3mm，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶比表面积为325m/g2，所得的Si_C_0气凝胶隔热复合材料抗弯强度为1. 35MPa，抗压强度2. OMPa (形变量为50%时)，1200°C热导率为0. 051ff/m · K。实施例8
本实施例硅源采用正硅酸甲酯，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶1200°C热处理2小时后，比表面积为166m/g2，所得的Si_C_0 气凝胶隔热复合材料密度为0. 43g/cm3，800°C热导率为0. 037ff/m · K，1000°C热导率为 0. 047ff/m · K，抗弯强度为2. 6MPa，抗拉强度为1. 39MPa。实施例9
本实施例碳源采用二甲基二甲氧基硅烷，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶1200°C热处理2小时后，比表面积为188m/g2，所得的Si_C_0 气凝胶隔热复合材料密度为0. 40g/cm3，800°C热导率为0. 036ff/m · K，1000°C热导率为 0. 045ff/m · K，抗弯强度为2. 5MPa，抗拉强度为1. 33MPa。实施例10本实施例醇溶剂采用异丙醇，硅源与异丙醇的摩尔比为1 :30，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶1200°C热处理2小时后，比表面积为165m/g2，所得的Si_C_0 气凝胶隔热复合材料密度为0. 33g/cm3，800°C热导率为0. 045ff/m · K，1000°C热导率为 0. 050ff/m · K，抗弯强度为1. 02MPa，抗拉强度为1. IlMPa0实施例11
本实施例酸催化剂选用硝酸，碱催化剂选用尿素，硅源与硝酸的摩尔比为1 :8X10_3， 硅源与尿素的摩尔比为1 :6X10_2，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶1200°C热处理2小时后，比表面积为188m/g2，所得的Si_C_0 气凝胶隔热复合材料密度为0. 43g/cm3，800°C热导率为0. 037ff/m · K，1000°C热导率为 0. 046ff/m · K，抗弯强度为2. 3MPa，抗拉强度为1. 25MPa。实施例12
本实施例硅源与乙醇的摩尔比为1 :2，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶1200°C热处理2小时后，比表面积为201m/g2，所得的Si_C_0 气凝胶隔热复合材料密度为0. 54g/cm3，800°C热导率为0. 065ff/m · K，1000°C热导率为 0. 078ff/m · K，抗弯强度为4. 3MPa，抗拉强度为3. 6MPa。实施例13
本实施例硅源与碳源的摩尔比为1 :2，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶1200°C热处理2小时后，比表面积为176m/g2，所得的Si_C_0 气凝胶隔热复合材料密度为0. 32g/cm3，800°C热导率为0. 045ff/m · K，1000°C热导率为 0. 056ff/m · K，抗弯强度为1. 9MPa，抗拉强度为2. IMPa0实施例14
本实施例莫来石纤维的体积分数为15%，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶1200°C热处理2小时后，比表面积为167m/g2，所得的Si_C_0 气凝胶隔热复合材料密度为0. 44g/cm3，800°C热导率为0. 049ff/m · K，1000°C热导率为 0. 058ff/m · K，抗弯强度为2. 9MPa，抗拉强度为3. 8MPa。实施例15
本实施例老化温度50°C，老化时间1天，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶1200°C热处理2小时后，比表面积为171m/g2，所得的Si_C_0 气凝胶隔热复合材料密度为0. 43g/cm3，800°C热导率为0. 033ff/m · K，1000°C热导率为 0. 045ff/m · K，抗弯强度为2. 8MPa，抗拉强度为1. 4MPa。实施例16
本实施例裂解温度为900°C，裂解保温时间4小时，除此之外其余过程与实施例1相同。所得的Si-C-O气凝胶比表面积为171m/g2，所得的Si_C_0气凝胶隔热复合材料密度为0. 41g/cm3，800°C热导率为0. 031ff/m · K，1000°C热导率为0. 039ff/m · K，抗弯强度为 2. IMPa，抗拉强度为1. IMPa0实施例17
本实施例裂解温度为1500°C，裂解保温时间1小时，除此之外其余过程与实施例1相同。
所得的Si-C-O气凝胶1200°C热处理2小时后，比表面积为156m/g2，所得的Si_C_0 气凝胶隔热复合材料密度为0. 47g/cm3，800 °C热导率为0. 040ff/m · K，1000°C热导率为 0. 048ff/m · K，抗弯强度为2. 5MPa，抗拉强度为1. 7MPa。
权利要求
1.一种耐高温Si-C-O气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(一)Si-C-O气凝胶先驱体溶胶的制备将硅源、碳源与醇溶剂和去离子水混合，搅拌，再先后加入酸和碱催化，使得硅源和碳源分别在酸性和碱性条件下发生水解和缩聚反应，得到网络结构中含有Si、C、0三种元素的Si-C-O气凝胶先驱体溶胶，所述的硅源、碳源、醇溶剂、去离子水、酸催化剂及碱催化剂的摩尔比为 1 0.1-10 2-30 2-12 1. 0 X 1(Γ3_8. 0 X 1(Γ3 1. 0 X 1(Γ2_6 X 1(Γ2 ；(二)混合将步骤(一)所得Si-C-O气凝胶先驱体溶胶加入纤维毡或预制件中，使之与纤维毡或预制件混合，在室温下静置1-10小时后，形成凝胶，得到纤维与凝胶混合体；(三)老化将步骤(二)所得纤维与凝胶混合体加入醇溶剂进行老化，醇溶剂加入量要能覆盖纤维与凝胶混合体表面，老化温度25-50°C，老化时间1-3天；(四)超临界干燥将经步骤(三)老化的纤维与凝胶混合体进行超临界流体干燥，得到Si-C-O气凝胶先驱体复合材料；(五)高温裂解将经步骤(四)超临界干燥后得到的Si-C-O气凝胶先驱体复合材料在惰性气氛保护下， 进行高温裂解，Si-C-O气凝胶先驱体发生断键重排反应，最终生成具有Si-C-O无定形网络结构和游离碳结构的Si-C-O气凝胶隔热复合材料。
2.如权利要求1所述的耐高温Si-C-O气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于， 所述硅源是一种四烷氧基硅烷Si (OR1)4，其中R1是饱和或者非饱和的包含1-12碳原子的基团；所述碳源是一种二烷氧基硅烷(R2O)2-Si-R4R3,其中R2是饱和或者非饱和的包含1-12 碳原子的基团，R4、R3是饱和或者非饱和的包含1-12碳原子的相似或者不同的基团烷基、卤代烯烃基、芳基、烷芳基或芳烷基；或者，R3、R4中的一个是氢原子；所述醇溶剂是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇中的一种或两种以上的任意比例混合物；所述酸催化剂是盐酸、硝酸、硫酸、草酸或乙酸；所述碱催化剂是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾或尿素。
3.如权利要求1或2所述的耐高温Si-C-O气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于，所述四烷氧基硅烷Si (OR1)4是正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；所述二烷氧基硅烷 (R2O)2-Si-R4R3是二甲基二乙氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二乙基二丁氧基硅烷、二己基二甲氧基硅烷、二烯基甲基二乙氧基硅烷或以上各物质中两种以上任意比例的混合物。
4.如权利要求1或2所述的耐高温Si-C-O气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(二)所述纤维毡或预制件是纤维棉、纤维毯、纤维板或纤维预制件，纤维毡或预制件的纤维体积分数为2%-15%。
5.如权利要求1或2所述的耐高温Si-C-O气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于，所述纤维是选自碳纤维、预氧丝、氧化铝纤维、氧化锆纤维、石英纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维、碳化硅纤维、高硅氧纤维的一种或者以上纤维中两种以上的组合，所述纤维的直径为 3-10 μ m。
6.如权利要求1或2所述的耐高温Si-C-O气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(五)所述惰性气氛是队、Ar或He气，裂解温度为900°C -1500°C，裂解时惰性保护气体流速为100-600mL/min，保温时间为1_4小时。
全文摘要
一种耐高温Si-C-O气凝胶隔热复合材料的制备方法，该方法是将硅源和碳源混合，经水解和缩聚反应，形成具有纳米多孔三维网络骨架结构并在网络结构中含有Si、C、O三种元素的溶胶，将所述溶胶与耐高温无机陶瓷纤维复合，形成纤维与凝胶混合体，然后通过超临界流体干燥，得到具有纳米多孔结构的Si-C-O气凝胶先驱体复合材料，再对Si-C-O气凝胶先驱体复合材料进行高温惰性气氛裂解，形成具有Si-O键和Si-C键并存的Si-C-O气凝胶隔热复合材料。本发明制备的Si-C-O气凝胶隔热复合材料，800℃、1000℃、1200℃的热导率分别低达0.032W/m K、0.043W/m K、0.051W/m K；抗弯强度达2.6MPa；可以满足航空航天、军事以及民用等领域比较苛刻的隔热保温要求。
文档编号C04B30/02GK102276236SQ20111011094
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者冯军宗, 冯坚, 姜勇刚, 张长瑞, 赵南 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学