热管理科学前沿：冯坚团队开发出耐1500℃高强韧隔热材料！

2021-02-03 14:05:40 作者：本网整理来源：新材料科技资讯分享至：

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原文链接：

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

氧化铝-氧化硅气凝胶具有低密度、耐高温、低热导等特性，但其脆性大、高温热导率较高、制备工艺复杂等技术瓶颈阻碍了在高温隔热保温领域的应用和发展。2008年以来，研究人员以陶瓷纤维（石英纤维、莫来石纤维、氧化锆纤维等）或硼酸铝晶须与氧化铝-氧化硅气凝胶进行复合，显著提高了气凝胶的力学性能和高温隔热性能。

然而，目前报导的氧化铝-氧化硅气凝胶隔热复合材料制备过程包括溶剂置换、凝胶改性、纤维清洗或多孔骨架制备等诸多步骤，制备工艺仍比较复杂；且材料高温热导率仍然偏高，且最高使用温度不超过1300℃。

据此，国防科技大学冯坚团队提出了一种简便的溶胶-浸渍-凝胶（SIG）和超临界干燥（SCFD）策略，首次报道了新型耐1500℃高强韧低热导氧化铝-氧化硅气凝胶隔热复合材料，在1200℃时，复合材料的热导率较低（0.082 W/（m·K）。相关内容以《Thermally insulating, fiber-reinforced alumina–silica aerogel composites with ultra-low shrinkage up to 1500°C》为题发表在Chemical Engineering Journal期刊上，论文第一作者为彭飞博士，姜勇刚副研究员和冯坚研究员为共同通讯作者。

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氧化铝–氧化硅气凝胶隔热复合材料制备工艺流程

氧化铝–氧化硅气凝胶隔热复合材料的耐温性能

氧化铝–氧化硅气凝胶隔热复合材料表现出优异的耐高温、高强韧特性。在空气气氛下，采用纤维密度为0.20-0.35g/cm3制备的复合材料经1200～1500℃热处理2h后，均未发生变形和开裂现象，1500℃热处理后材料厚度收缩率最低可达0.9%；<0.4g/cm3的低密度复合材料还具有良好的高强韧性能，材料压缩应力达0.31MPa（10%应变），弯曲强度达0.82MPa，经1.28吨的汽车碾压后，仍保持完好。

氧化铝–氧化硅气凝胶隔热复合材料的力学性能

室温和高温热导率测试结果表明，氧化铝–氧化硅气凝胶隔热复合材料的热导率在1200℃时最低达到0.082W/（m·K），比同类材料最低值还优25%，显著低于同类材料。主要是因为介孔结构的氧化铝–氧化硅气凝胶能够有效抑制气态热传导，莫来石纤维能够显著遮挡高温红外辐射，两者的协同作用赋予材料极低的热导率。

氧化铝–氧化硅气凝胶隔热复合材料表现出了优异的高温隔热性能，经1500℃单面加热15min后，外观和尺寸几乎无变化，材料中气凝胶仍然保持介孔结构和片叶状形貌，化学组成变化很小；厚度为18mm的材料热面和冷面温度差高达1120℃。该材料适用于1500℃有氧环境下高温隔热保温领域应用。