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耐高温气凝胶隔热材料

赵南冯坚姜勇刚高庆福冯军宗
(国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073)

文摘介绍了气凝胶的基本特点,重点介绍了SiO2气凝胶、ZrO2气凝胶、Al2O3气凝胶、Si-C-O气凝胶
隔热材料的耐高温性能,并对耐高温气凝胶的发展方向进行了展望。
关键词气凝胶,隔热材料,耐高温性

High-TemperatureStabilityofAerogelThermalInsulation

ZhaoNanFengJianJiangYonggangGaoQingfuFengJunzong
(CollegeofAerospace&MaterialsEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073)

AbstractThemainpropertiesofaerogelarereviewed,andthethermalstabilitiesofsilica,zirconia,alumina,
andsiliconoxycarbidesaerogelsaresummarized.Theprospectivedevelopmentofhigh-temperatureaerogelthermalin-
sulationisdiscussed.
KeywordsAerogels,Thermalinsulation,High-temperaturestability

1引言形成连续的纳米量级的凝胶网络结构,然后经超临界
随着航空航天事业的飞速发展,要求隔热材料在干燥在不破坏其孔结构的条件下,除去凝胶纳米孔洞

隔热性能优异的同时还要具备较好的耐高温性能。内的溶剂,最终得到纳米孔SiO2气凝胶,其微观结构
[2]
SiO2气凝胶具有高孔隙率(85%-99.8%)、高比见图1。
表面积(约1000m2/g)、低密度(3-150mg/cm3)等
优良性质,其纳米级孔可显著降低气体分子热传导和
对流传热,纤细的骨架颗粒可显著降低固体热传导,
因此其具有极低的热导率[13mW/(m#K)],被认为
是热导率最低的固体材料[1]。目前研究较多的几种
气凝胶的耐温性都不高(1200e以下),应用方面受
到很大限制。

本文综述了耐高温气凝胶的研究现状,分析并总图气凝胶微观结构
1SiO2
结了SiO2气凝胶、ZrO2气凝胶、Al2O3气凝胶、Si-C-Fig.1Microstructureofsilicaaerogel

O气凝胶的耐高温性能,同时对耐高温气凝胶隔热材SiO2气凝胶的隔热效果非常好,但其粒子较细,
料的发展方向进行了探讨。表面能较高导致其在较高的温度下使用会产生烧结,

2SiO2气凝胶耐高温性能研究进展引起气凝胶收缩、孔结构破坏以及比表面积下降,最

2.1SiO2气凝胶终导致SiO2气凝胶隔热性能降低,其比表面积与温
[3]
SiO2气凝胶是由纳米级SiO2微粒相互连结而成度的关系如图2所示。

的具有三维网络结构的纳米孔固体材料。目前,由图2可知,在700e之后SiO2气凝胶比表面积

SiO2气凝胶一般制备工艺如下:首先通过溶胶-凝胶开始下降,说明在700e以上时孔结构已经被破坏。

收稿日期:2010-03-15
作者简介:赵南,1985年出生,硕士研究生,主要从事耐高温气凝胶的制备与研究。E-mai:[e-mail]

)10)http://www.yhclgy.com宇航材料工艺2010年第5期
要的热障涂层材料和耐高温隔热材料。
[10]
Wu等以ZrO(NO3)2#2H2O为原料,采用醇
-水加热法制备凝胶,再经过乙醇超临界干燥制备出
2
比表面积达675m/g的ZrO2气凝胶,该气凝胶经
600e热处理后比表面积降低为205m2/g,1000e处
理后降为46m2/g。
[11]
V.Idakiev等以异丙醇锆[Zr(OC3H7)4]为原

料,以聚六乙氧基十三烷[C13(EtO)6]为模板剂,
80e水热反应后用乙醇溶解模板,再80e真空干燥
图2SiO2气凝胶在不同温度下的比表面积
制备了比表面积达2的介孔经过
Fig.2Surfaceareaofsilicaaerogelat613m/gZrO2,
2
differentheattreatmenttemperatures400e热处理后比表面积降为142m/g。
[12]
2.2掺杂SiO2气凝胶隔热材料Liu等以丙醇锆为原料,以乙酰丙酮为螯合

一些研究者对SiO2气凝胶进行掺杂改性处剂,加入聚醚P-123,凝胶后在NaOH溶液中回流,
[4-5][6]制备了介孔ZrO2,400e处理得到的样品比表面积为
理。甘礼华等