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熱管理科學(xué)前沿：馮堅(jiān)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出耐1500℃高強(qiáng)韌隔熱材料！

2021-02-03 14:05:40 作者：本網(wǎng)整理來源：新材料科技資訊分享至：

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原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.128402

氧化鋁-氧化硅氣凝膠具有低密度、耐高溫、低熱導(dǎo)等特性，但其脆性大、高溫?zé)釋?dǎo)率較高、制備工藝復(fù)雜等技術(shù)瓶頸阻礙了在高溫隔熱保溫領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。2008年以來，研究人員以陶瓷纖維（石英纖維、莫來石纖維、氧化鋯纖維等）或硼酸鋁晶須與氧化鋁-氧化硅氣凝膠進(jìn)行復(fù)合，顯著提高了氣凝膠的力學(xué)性能和高溫隔熱性能。

然而，目前報導(dǎo)的氧化鋁-氧化硅氣凝膠隔熱復(fù)合材料制備過程包括溶劑置換、凝膠改性、纖維清洗或多孔骨架制備等諸多步驟，制備工藝仍比較復(fù)雜；且材料高溫?zé)釋?dǎo)率仍然偏高，且最高使用溫度不超過1300℃。

據(jù)此，國防科技大學(xué)馮堅(jiān)團(tuán)隊(duì)提出了一種簡便的溶膠-浸漬-凝膠（SIG）和超臨界干燥（SCFD）策略，首次報道了新型耐1500℃高強(qiáng)韌低熱導(dǎo)氧化鋁-氧化硅氣凝膠隔熱復(fù)合材料，在1200℃時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率較低（0.082 W/（m·K）。相關(guān)內(nèi)容以《Thermally insulating, fiber-reinforced alumina–silica aerogel composites with ultra-low shrinkage up to 1500°C》為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal期刊上，論文第一作者為彭飛博士，姜勇剛副研究員和馮堅(jiān)研究員為共同通訊作者。

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氧化鋁–氧化硅氣凝膠隔熱復(fù)合材料制備工藝流程

氧化鋁–氧化硅氣凝膠隔熱復(fù)合材料的耐溫性能

氧化鋁–氧化硅氣凝膠隔熱復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的耐高溫、高強(qiáng)韌特性。在空氣氣氛下，采用纖維密度為0.20-0.35g/cm3制備的復(fù)合材料經(jīng)1200～1500℃熱處理2h后，均未發(fā)生變形和開裂現(xiàn)象，1500℃熱處理后材料厚度收縮率最低可達(dá)0.9%；<0.4g/cm3的低密度復(fù)合材料還具有良好的高強(qiáng)韌性能，材料壓縮應(yīng)力達(dá)0.31MPa（10%應(yīng)變），彎曲強(qiáng)度達(dá)0.82MPa，經(jīng)1.28噸的汽車碾壓后，仍保持完好。

氧化鋁–氧化硅氣凝膠隔熱復(fù)合材料的力學(xué)性能

室溫和高溫?zé)釋?dǎo)率測試結(jié)果表明，氧化鋁–氧化硅氣凝膠隔熱復(fù)合材料的熱導(dǎo)率在1200℃時最低達(dá)到0.082W/（m·K），比同類材料最低值還優(yōu)25%，顯著低于同類材料。主要是因?yàn)榻榭捉Y(jié)構(gòu)的氧化鋁–氧化硅氣凝膠能夠有效抑制氣態(tài)熱傳導(dǎo)，莫來石纖維能夠顯著遮擋高溫紅外輻射，兩者的協(xié)同作用賦予材料極低的熱導(dǎo)率。

氧化鋁–氧化硅氣凝膠隔熱復(fù)合材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的高溫隔熱性能，經(jīng)1500℃單面加熱15min后，外觀和尺寸幾乎無變化，材料中氣凝膠仍然保持介孔結(jié)構(gòu)和片葉狀形貌，化學(xué)組成變化很小；厚度為18mm的材料熱面和冷面溫度差高達(dá)1120℃。該材料適用于1500℃有氧環(huán)境下高溫隔熱保溫領(lǐng)域應(yīng)用。