莫来石晶须/纤维多尺度增强SiO2气凝胶及其隔热性能研究

摘要

随着世界范围内的能源危机不断加剧，采用新技术、开发高效隔热材料已成为世界的共识。本论文设计、制备了“松枝状多尺度莫来石晶须/纤维”增强体，来取代传统一维纤维或晶须并与二氧化硅气凝胶进行复合，以改善气凝胶的强度和脆性。本文系统研究了复合材料的微观结构、压缩回弹和隔热性能。 首先利用真空浸渍和冷冻干燥工艺，在硅酸铝纤维毡上原位生长出莫来石晶须。研究表明，这种松枝状多尺度增强体在合成过程中，同时发生硅酸铝纤维转化为莫来石纤维，和在纤维表面经气-固反应生长出莫来石晶须两个过程。当采用0.16mol/L硅溶胶，0.5 mol/L Al(NO3)3溶液，2.0 mol/L NH4F溶液对纤维毡进行浸渍，并在1200℃条件下热处理2 h后，合成的莫来石晶须/纤维多尺度增强体的力学性能较好。 其次通过溶胶-凝胶和真空浸渍工艺，将SiO2湿凝胶引入莫来石晶须/纤维增强体中，分别通过超临界和常压干燥工艺获得莫来石晶须/纤维多尺度增强 SiO2气凝胶。研究结果表明，采用超临界干燥工艺制备的复合气凝胶，在10%的压缩比下，具有较好的抗压强度(0.105 Mpa)，高于莫来石纤维毡(0.009 Mpa)和莫来石晶须/纤维增强体 (0.019 Mpa )；并且该复合材料还具有良好的压缩回弹性能(回弹率为92.8%)和较低的热导率(0.028W/(m?K))。通过莫来石晶须/纤维的多尺度协同增强效应，明显提高了SiO2气凝胶的抗压强度，同时SiO2气凝胶也有效缓冲了外力对晶须和纤维的破坏。

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