一种低热导率的萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113401939A(43)申请公布日2021.09.17(21)申请号202110795400.6(22)申请日2021.07.14(71)申请人太原理工大学地址030024山西省太原市迎泽西大街79号(72)发明人苗洋程富豪夏晨康张丰年刘宇峰高峰(74)专利代理机构太原晋科知识产权代理事务所(特殊普通合伙)14110代理人翟冲燕(51)Int.Cl.C01G27/00(2006.01)C01G39/00(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称一种低热导率的萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体及其制备方法(57)摘要本发明属气凝胶材料制备技术领域，提供一种低热导率的萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体及制备方法，为五组元高熵气凝胶粉体，以无机铈盐、无机锆盐、无机铪盐及无机镨盐为基础原料，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，用溶胶‑凝胶法制得湿凝胶，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，高温热处理后得高熵陶瓷气凝胶粉体。方法简单高效，成本低、安全性好、成功率高；较低的热导率，兼具高比表面积和低密度等优点。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。该高熵体系氧化物气凝胶在隔热领域以及耐高温领域具有潜在的应用前景。CN113401939ACN113401939A权利要求书1/2页1.一种低热导率的萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体，其特征在于：所述萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体为五组元高熵气凝胶粉体，以无机铈盐、无机锆盐、无机铪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。2.制备权利要求1所述的低热导率的萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体的方法，其特征在于：步骤如下：（1）溶液A的制备：将无机锆盐、无机铪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，其摩尔比为无机锆盐：无机铪盐：去离子水：无水乙醇：乙酸：乙酰乙酸甲酯=1.0：1.0：（1.0~3.0）：（1.0~2.0）：（0.005~0.03）：（0.1~0.5）；混合溶液充分搅拌4~6h后制得溶液A；（2）溶液B的制备：将无机铈盐、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，其摩尔比为无机铈盐：无机镨盐：去离子水：无水乙醇：乙酸：乙酰乙酸甲酯=1.0：1.0：（1.03.0）：（1.02.0）：（0.0050.03）：（0.10.5）；混合溶液充分搅拌4~~~~~6h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；其摩尔比为过渡金属醇盐：去离子水：无水乙醇：乙酸=1.0：（1.0~3.0）：（1.0~2.0）：（0.005~0.03）；混合溶液充分搅拌4~6h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6~24h使其均匀化且充分水解，逐滴加入结构支撑剂，其摩尔比为结构支撑剂：总金属离子=（0.5~1.5）：1；继续搅拌0.5h后得到混合溶液D；（5）混合凝胶的制备与老化：搅拌下，以30滴/min的速度将凝胶诱导剂环氧丙烷PO加入到溶液D中，并持续搅拌0.5‑2h，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30~70℃水浴中老化6~48h，然后40~80℃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6~48h的溶剂置换，其中乙醇的浓度为30%，50%，70%，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12~24h，期间更换1~3次改性液；将改性后的凝胶在50~120℃下常压阶梯温度干燥6~24h，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；比例为正己烷：表面改性剂=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38℃/mi~n，煅烧2~5h，得到室温下稳定萤石结构的五组分高熵陶瓷气凝胶粉体。3.根据权利要求2所述的制备低热导率的萤石结构高熵陶瓷气凝胶粉体的方法，其特征在于：所述无机锆盐、无机铪盐、无机铈盐、无机镨盐为水合硝酸锆、水合硝酸铪、水合硝酸铈、水合硝酸镨；所述过渡金属元素的醇盐为La的醇盐、Ti的醇盐、Cr的