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熱管理科學前沿：馮堅團隊開發出耐1500℃高強韌隔熱材料！

2021-02-03 14:05:40 作者：本網整理來源：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、低熱導等特性，但其脆性大、高溫熱導率較高、制備工藝復雜等技術瓶頸阻礙了在高溫隔熱保溫領域的應用和發展。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-氧化硅氣凝膠進行復合，顯著提高了氣凝膠的力學性能和高溫隔熱性能。

然而，目前報導的氧化鋁-氧化硅氣凝膠隔熱復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，制備工藝仍比較復雜；且材料高溫熱導率仍然偏高，且最高使用溫度不超過1300℃。

據此，國防科技大學馮堅團隊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℃高強韌低熱導氧化鋁-氧化硅氣凝膠隔熱復合材料，在1200℃時，復合材料的熱導率較低（0.082 W/（m·K）。相關內容以《Thermally insulating, fiber-reinforced alumina–silica aerogel composites with ultra-low shrinkage up to 1500°C》為題發表在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合材料制備工藝流程

氧化鋁–氧化硅氣凝膠隔熱復合材料的耐溫性能

氧化鋁–氧化硅氣凝膠隔熱復合材料表現出優異的耐高溫、高強韌特性。在空氣氣氛下，采用纖維密度為0.20-0.35g/cm3制備的復合材料經1200～1500℃熱處理2h后，均未發生變形和開裂現象，1500℃熱處理后材料厚度收縮率最低可達0.9%；<0.4g/cm3的低密度復合材料還具有良好的高強韌性能，材料壓縮應力達0.31MPa（10%應變），彎曲強度達0.82MPa，經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合材料的力學性能

室溫和高溫熱導率測試結果表明，氧化鋁–氧化硅氣凝膠隔熱復合材料的熱導率在1200℃時最低達到0.082W/（m·K），比同類材料最低值還優25%，顯著低于同類材料。主要是因為介孔結構的氧化鋁–氧化硅氣凝膠能夠有效抑制氣態熱傳導，莫來石纖維能夠顯著遮擋高溫紅外輻射，兩者的協同作用賦予材料極低的熱導率。

氧化鋁–氧化硅氣凝膠隔熱復合材料表現出了優異的高溫隔熱性能，經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構和片葉狀形貌，化學組成變化很小；厚度為18mm的材料熱面和冷面溫度差高達1120℃。該材料適用于1500℃有氧環境下高溫隔熱保溫領域應用。