www.188betkr.com 讯气凝胶由于其高比表面积、高孔隙率、低密度和低热导率等优异性能，已被广泛应用于隔热保温、吸附、催化和能源等领域，但随着气凝胶应用领域的越发广泛，普遍应用于650℃及以下隔热领域的传统SiO2气凝胶在高温下结构易坍塌，致使材料致密化，从而丧失其优异性能，其他氧化物基气凝胶的高温热稳定性也有待进一步加强，高温局限性极大地限制了氧化物基气凝胶在高温领域的应用。
碳化物是一种高硬度、高熔点和化学性质稳定的化合物，一般通过原位生成法制得，在制备过程中控制工艺参数将碳化物制成气凝胶结构，可提升气凝胶材料的使用温度，进而拓展在高温领域的应用，如航天航空、高温窑炉、核能等领域。碳化硅气凝胶材料是典型代表之一。
碳化硅气凝胶的应用
与多孔SiC陶瓷相比，SiC气凝胶具有介孔结构丰富、比表面积高和密度低等优势，在高温隔热、电磁吸波等领域表现出巨大的应用潜力。
高温隔热
碳化硅气凝胶化学性质稳定、热膨胀系数小、比消光系数高、抗热震性能好且在空气中可耐1000℃以上高温，是一种有潜力的高温隔热材料，尤其适合应用在强腐蚀、强热震、电磁干扰严重的恶劣环境中。近十年来，针对碳化硅气凝胶隔热材料，研究重点主要集中在SiC陶瓷转化工艺、热导率优化、SiC纤维气凝胶及其宏量制备等方面。
为了碳化硅气凝胶的进一步应用，应克服其脆性、力学性能差等缺陷。SiC纳米线具有一维纳米材料的弹性、柔韧性以及SiC陶瓷优异的高温热化学稳定性的综合特性，使其具有广泛的应用前景。
电磁吸波
SiC是一种重要的宽带隙半导体材料，具有介电性能好和理想的微波吸收性能的优点，是一种被广泛研究的电磁吸波材料。近年来，由于气凝胶的三维纳米网络多孔结构通过增加电磁波在纳米孔内的反射次数可以有效提高电磁吸波性能，SiC气凝胶作为新型电磁吸波材料而受到广泛关注。
SiC气凝胶粉体作为高损耗吸波剂在涂覆型吸波材料领域应用时，具有轻质、耐高温、宽频吸波等特点；SiC气凝胶作为块体应用时，不仅具有吸波性能，还能满足特殊部件的隔热要求，实现构件的吸波/隔热一体化。气凝胶吸波材料领域的有限研究表明，SiC气凝胶可表现出较好的吸波特性，且具备SiC材料优秀的耐高温与稳定性，认为其具备成为新型吸波/隔热一体化材料的潜力。
碳化硅气凝胶的制备方法
近年来，研究人员开发出有机/SiO2复合气凝胶碳热还原法、预陶瓷化聚合物裂解法、化学气相沉积法、高温气相渗硅法和SiC纳米线自组装法等新型方法，用于制备高性能的块状SiC气凝胶。
有机/SiO2复合气凝胶碳热还原法
以有机/SiO2复合气凝胶为前驱体，通过碳热还原法制备块状SiC气凝胶的基本技术路线为：首先通过溶胶-凝胶法制备有机/SiO2气凝胶前驱体，然后经过炭化得到C/SiO2复合气凝胶，C/SiO2复合气凝胶再经过高温碳(镁)热还原(和煅烧除去游离碳)即可得到SiC气凝胶。经研究发现，在有机/SiO2复合气凝胶碳热还原法中，前驱体的结构和碳热还原工艺直接决定了最终SiC气凝胶的结构和性能。
预陶瓷化聚合物裂解法
利用预陶瓷化聚合物合成气凝胶是气凝胶制备的一个新领域，对于SiC气凝胶而言，这种预陶瓷化聚合物裂解策略可以避免有机/SiO2复合气凝胶碳热还原法，摆脱了对首先要制备RF/SiO2气凝胶的依赖，而且预陶瓷化聚合物前驱体中的Si和C元素实现了原子级别的混合，因此高温热处理温度显著降低。根据预陶瓷化聚合物成型方式的不同，又可以分为预陶瓷化聚合物直接交联成型法和纳米浇筑成型法。
化学气相沉积法
化学气相沉积法制备SiC气凝胶是指通过应用聚合物热解化学气相沉积(PPCVD)在具有三维纳米多孔网络结构的模板中制备SiC纳米结构单元，随着构筑单元的逐渐增多，这些SiC纳米结构单元会发生自组装，去除模板后即可得到SiC气凝胶，制备的SiC气凝胶可以较好地保持模板的形状和尺寸。由于多孔炭材料具有孔隙均匀、骨架结构稳固、孔隙率高和氧化温度低等优势，因此常被用作SiC气凝胶的模板和生长基质。
通过化学气相沉积法制备的SiC气凝胶多由SiC纳米线组成，因此具有良好的弹性、弯曲性和可逆压缩性。然而，化学气相沉积的制备过程需要苛刻的条件，成本较高，不利于工业化大规模生产。
高温气相渗硅法
高温气相渗硅法制备SiC气凝胶是指在高温真空环境中用气相硅(Si蒸气和气相SiO)对多孔炭材料进行高温气相渗透，使气相硅进入多孔结构中并与碳组分发生反应生成SiC，进而得到SiC气凝胶。
相比于传统的多孔炭材料，用生物质作为碳前驱体合成的多孔炭具有成本低廉和工艺简单的优势，采用生物质作为原料进行材料的制备和合成成为一个重要的研究方向。
高温气相渗硅法制备SiC气凝胶的工艺相对简单，具有制备周期短、组成可调节和易后加工等优势，但也存在热处理温度较高和反应时间较长的问题。高温气相渗硅法制备SiC气凝胶对初始的多孔炭材料具有很高的要求，因为多孔炭的微观结构和形貌直接决定了制备的SiC气凝胶的组织结构。
SiC纳米线组装法
SiC纳米线不仅具有SiC陶瓷的优异性质，还表现出优异的柔性、弹性、高弯曲强度和杨氏模量，因此制备三维SiC纳米线气凝胶是改善SiC气凝胶脆性的重要思路。
SiC纳米线自组装法制备的SiC气凝胶具有优异的柔性、弹性和高弯曲性，且工艺简单，易大规模制备。然而，高质量的SiC纳米线构筑单元成本较高，制备的SiC纳米线气凝胶是通过纳米线之间的范德华力和静电力等物理键结合组成，强度较低，拉伸性能较差，在快速热冲击或高温下易遭受结构退化。
参考来源：中国粉体工业：碳化硅气凝胶的制备及应用研究综述
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