本發(fā)明屬于耐高溫氣凝膠，具體涉及一種耐高溫氣凝膠材料及其制備方法和應用。

背景技術(shù)：

1、近些年，軍艦非戰(zhàn)斗損毀的事件屢見不鮮，其中有很大一部分與火焰、燃爆緊密相關(guān)。船舶火災連續(xù)發(fā)生，嚴重威脅船員和船舶安全，造成嚴重損失，引起各國重視。因此，加強船用防火隔熱材料及其熱防護效果的研究，降低發(fā)生火災的可能性，對船員的生命以及政治、經(jīng)濟、軍事、科技等多個方面均具有顯著的意義。

2、目前，氣凝膠已在世界各國多種型號的潛艇、驅(qū)逐艦、航空母艦等艦船上得到了廣泛應用。國內(nèi)也早在上個世紀90年代開始了關(guān)于氣凝膠的研究。基于我國復雜的海洋環(huán)境形勢及海洋經(jīng)濟發(fā)展的需要，大力發(fā)展船舶上優(yōu)質(zhì)高效氣凝膠絕熱節(jié)能材料有著重大意義。但傳統(tǒng)sio2氣凝膠耐溫性遠低于相對應的致密氧化物陶瓷，長期使用最高溫度不超過800℃，隨著使用溫度的升高，氣凝膠納米孔收縮而發(fā)生破壞，其隔熱性能大幅下降；氣凝膠表面含有豐富的羥基基團，具有親水性，容易吸附空氣中水分，導致氣凝膠骨架崩塌，引起導熱系數(shù)增大、隔熱性能下降，限制了其應用。因此，如何提高氣凝膠材料的耐高溫防火特性和高溫疏水性是實現(xiàn)氣凝膠在我國艦船上推廣應用的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供一種耐高溫氣凝膠材料及其制備方法和應用，引入氧化鋁和氧化鋯高溫相與sio2共縮合，制備出耐高溫的氧化硅-氧化鋁-氧化鋯氣凝膠，達到提高氣凝膠材料的耐高溫防火特性和高溫疏水性，最終實現(xiàn)艦船高濕度環(huán)境下隔熱性能提高的目的。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明目的在于提供一種耐高溫氣凝膠材料，包括摩爾比為(1～2):(0.25～1):(0.1～1)的硅源、鋁鹽和鋯鹽。

4、進一步的，硅源選自正硅酸乙酯(teos)、苯基三乙氧基硅烷(ptes)、苯基三甲氧基硅烷(ptms)、甲基三乙氧基硅烷(mtes)、甲基三甲氧基硅烷(mtms)中的一種或兩種。

5、進一步的，鋁鹽選自al(no3)3·9h2o、alcl3·6h2o中的一種；鋯鹽選自zr(no3)4·5h2o、zro(no3)2·2h2o、zrocl2·8h2o中的一種。

6、一種耐高溫氣凝膠材料的制備方法，包括以下步驟：

7、s1：將硅源與無水乙醇(etoh)混合均勻，再加入去離子水和鹽酸進行酸水解獲得二氧化硅溶膠；

8、s2：將鋁鹽和鋯鹽溶于無水乙醇溶液，獲得鋁/鋯混合溶液；

9、s3：將氨水加入到s1的二氧化硅溶膠中攪拌，獲得堿性硅溶膠；然后將堿性硅溶膠加入到s2的鋁/鋯混合溶液中攪拌均勻，靜置凝膠；

10、s4：將s3的濕凝膠進行老化、超臨界乙醇干燥得到氣凝膠材料。

11、進一步的，s1中硅源、無水乙醇、去離子水、鹽酸的摩爾比為(1～2)：(20～50)：(2.5～5)：(5×10-4～0.02)。

12、進一步的，s2中鋁鹽、鋯鹽、無水乙醇的摩爾比為(0.25～1):(0.1～1):(20～40)。

13、進一步的，s3加入的氨水與s1中加入的硅源摩爾比為(0.35～1.1)：(1～2)。

14、進一步的，s1中酸水解的時間為12～24h。

15、進一步的，s4中老化時間為2～3天，超臨界干燥介質(zhì)為乙醇，干燥溫度為260～270℃，保溫時間為2～4h，超臨界壓力為8～12mpa。

16、一種耐高溫氣凝膠材料或一種耐高溫氣凝膠材料的制備方法在制備艦船用隔熱防火材料中的應用。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：

18、1、本發(fā)明通過引入al2o3、zro2高溫相與sio2共縮合，制備出耐高溫的氧化硅-氧化鋁-氧化鋯氣凝膠，以提高氣凝膠材料的耐高溫防火特性和高溫疏水性，這對實現(xiàn)艦船高濕度環(huán)境下隔熱性能的提高具有重大意義，且工藝簡單、原料易得、成本較低、反應條件可控、可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

19、2、本發(fā)明所選用的硅源teos易得，ptes、ptms、mtes和mtms可為多組元氣凝膠提供優(yōu)異的疏水性；所選用的無機鋁源可增強氣凝膠的熱穩(wěn)定性；所選用的無機鋯源作為遮光劑，可提高氣凝膠的耐高溫防火特性和高溫疏水性，最終實現(xiàn)高濕度環(huán)境下隔熱性能的提高。

20、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述內(nèi)容和其目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實施方式。

技術(shù)特征：

1.一種耐高溫氣凝膠材料，其特征在于，包括摩爾比為(1～2):(0.25～1):(0.1～1)的硅源、鋁鹽和鋯鹽。

2.如權(quán)利要求1所述一種耐高溫氣凝膠材料，其特征在于：硅源選自正硅酸乙酯、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的一種或兩種。

3.如權(quán)利要求1所述一種耐高溫氣凝膠材料，其特征在于：鋁鹽選自al(no3)3·9h2o、alcl3·6h2o中的一種；鋯鹽選自zr(no3)4·5h2o、zro(no3)2·2h2o、zrocl2·8h2o中的一種。

4.如權(quán)利要求1-3任一項所述一種耐高溫氣凝膠材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述一種耐高溫氣凝膠材料的制備方法，其特征在于：s1中硅源、無水乙醇、去離子水、鹽酸的摩爾比為(1～2)：(20～50)：(2.5～5)：(5×10-4～0.02)。

6.如權(quán)利要求4所述一種耐高溫氣凝膠材料的制備方法，其特征在于：s2中鋁鹽、鋯鹽、無水乙醇的摩爾比為(0.25～1):(0.1～1):(20～40)。

7.如權(quán)利要求5所述一種耐高溫氣凝膠材料的制備方法，其特征在于：s3加入的氨水與s1中加入的硅源摩爾比為(0.35～1.1)：(1～2)。

8.如權(quán)利要求4所述一種耐高溫氣凝膠材料的制備方法，其特征在于：s1中酸水解的時間為12～24h。

9.如權(quán)利要求4所述一種耐高溫氣凝膠材料的制備方法，其特征在于：s4中老化時間為2～3天，超臨界干燥介質(zhì)為乙醇，干燥溫度為260～270℃，保溫時間為2～4h，超臨界壓力為8～12mpa。

10.如權(quán)利要求1-3任一項所述一種耐高溫氣凝膠材料或如權(quán)利要求4-9任一項所述一種耐高溫氣凝膠材料的制備方法在制備艦船用隔熱防火材料中的應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于耐高溫氣凝膠技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐高溫氣凝膠材料及其制備方法和應用，氣凝膠材料包括摩爾比為(1～2):(0.25～1):(0.1～1)的硅源、鋁鹽和鋯鹽，氣凝膠材料制備方法包括以下步驟：S1：將硅源與無水乙醇(EtOH)混合均勻，再加入去離子水和鹽酸進行酸水解獲得二氧化硅溶膠；S2：將鋁鹽和鋯鹽溶于無水乙醇溶液，獲得鋁/鋯混合溶液；S3：將氨水加入到S1的二氧化硅溶膠中攪拌，獲得堿性硅溶膠；然后將堿性硅溶膠加入到S2的鋁/鋯混合溶液中攪拌均勻，靜置凝膠；S4：將S3的濕凝膠進行老化、超臨界乙醇干燥得到氣凝膠材料，本發(fā)明能提高氣凝膠材料的耐高溫防火特性和高溫疏水性，最終實現(xiàn)艦船高濕度環(huán)境下隔熱性能的提高。

技術(shù)研發(fā)人員：余煜璽,鄒麗清,余洪哿
受保護的技術(shù)使用者：納美特新材料科技（重慶）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15