一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114656262A(43)申请公布日2022.06.24(21)申请号202210447639.9C04B35/01(2006.01)(22)申请日2022.04.26C04B35/26(2006.01)C04B35/453(2006.01)(71)申请人太原理工大学C04B35/624(2006.01)地址030024山西省太原市迎泽西大街79C04B35/626(2006.01)号B01J13/00(2006.01)申请人华阳新材料科技集团有限公司阳煤集团纳谷（山西）气凝胶科创城管理有限责任公司(72)发明人苗洋程富豪武泽民杨波张德忠李淑敏高峰(74)专利代理机构北京圣州专利代理事务所(普通合伙)11818专利代理师黄青青(51)Int.Cl.C04B35/50(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图1页(54)发明名称一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法，以无机镧盐、无机锶盐、无机钡盐及无机镨盐为基础原料，采用过渡金属元素的醇盐作为离子源，添加结构支撑剂和凝胶诱导剂，利用溶胶‑凝胶法制得湿凝胶，再用常压干燥法获得室温下熵稳定的五组分氧化物气凝胶粉体，高温热处理后制备出高熵陶瓷气凝胶粉体，过渡金属元素的醇盐为Co的醇盐、Fe的醇盐、Ni的醇盐、Cu的醇盐、Mn的醇盐、Zn的醇盐中的任意一种。本发明采用上述结构的一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法，高熵陶瓷气凝胶粉体微观结构均匀，耐高温性能显著优于对应的单组分氧化物气凝胶材料，在隔热领域以及耐高温领域具有潜在的应用前景。CN114656262ACN114656262A权利要求书1/2页1.一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体，其特征在于：所述高熵陶瓷气凝胶粉体为五组元高熵气凝胶粉体，以无机镧盐、无机锶盐、无机钡盐及无机镨盐为基础原料，采用过渡金属元素的醇盐作为离子源，添加结构支撑剂和凝胶诱导剂，利用溶胶‑凝胶法制得湿凝胶，再用常压干燥法获得室温下熵稳定的五组分氧化物气凝胶粉体，高温热处理后制备出高熵陶瓷气凝胶粉体；其中所述结构支撑剂为甲酰胺，所述凝胶诱导剂为环氧丙烷，所述过渡金属元素的醇盐为Co的醇盐、Fe的醇盐、Ni的醇盐、Cu的醇盐、Mn的醇盐、Zn的醇盐中的任意一种；所述高熵陶瓷气凝胶粉体的制备方法具有以下步骤：(1)溶液A的制备：将无机镧盐、无机锶盐与去离子水和无水乙醇混合均匀，再依次加入乙酰乙酸甲酯和乙酸，混合溶液充分搅拌2～12h后制得溶液A；(2)溶液B的制备：将无机钡盐、无机镨盐与去离子水和无水乙醇混合均匀，再依次加入乙酰乙酸甲酯和乙酸，混合溶液充分搅拌2～12h后制得溶液B；(3)溶液C的制备：将过渡金属元素的醇盐与去离子水、无水乙醇、乙酸按比例混合均匀，混合溶液充分搅拌2～12h后制得溶液C；(4)混合溶液D的制备：取步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)所制备的溶液A、溶液B、溶液C，混合后搅拌4～24h使其均匀化且充分水解，逐滴加入结构支撑剂，继续搅拌1h后得到混合溶液D；(5)混合凝胶的制备与老化：搅拌下，以20滴/min的速度将凝胶诱导剂加入到溶液D中，并持续搅拌1～4h，得到有色透明凝胶，然后在凝胶表面覆盖一层去离子水，密封，在40～70℃水浴中老化12～48h，然后50～80℃水浴中老化24～72h，得到有色湿凝胶；(6)溶剂置换：取步骤(5)得到的有色湿凝胶加入乙醇中浸泡，进行12～48h的溶剂置换，其中乙醇的浓度为20％，60％，80％，无水乙醇；(7)改性与干燥：用正己烷和表面改性剂按比例配置成改性液，对溶剂置换后的湿凝胶进行改性，改性时间为6～24h，期间更换2～4次改性液；将改性后的凝胶在60～120℃下常压阶梯温度干燥8～24h，得到五组分氧化物气凝胶的前驱体粉末；其中表面改性剂为三甲基氯硅烷、六甲基二硅氧烷、二甲基二氯硅烷中的任意一种；正己烷和表面改性剂的比例为1.0：(0.5～1.5)；(8)热处理：将干燥后的气凝胶置于马弗炉中，在600～1300℃下进行煅烧，升温速率为3～8℃/min，煅烧2～6h，得到室温下稳定的高熵陶瓷气凝胶粉体。2.根据权利要求1所述的一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体，其特征在于：步骤(1)中无机镧盐、无机锶盐、去离子水、无水乙醇、乙酸、乙酰乙酸甲酯的摩尔比为1.0：1.0：(1.0～5.0)：(1.0～3.0)：(0.01～0.05)：(0.1～0.3)。3.根据权利要求1所述的一种低热导率的高熵陶瓷气凝胶粉体，其特征在于：步骤(2)中无机钡盐、无机镨盐、去离子水、无水乙醇、乙酸、乙酰乙酸甲酯的摩尔比为1.0：1.0：(1.0～5.0)：(1.0～3.0