具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明中“第一溶剂”、“第二溶剂”、“第三溶剂”、“第四溶剂”、“第五溶剂”“第一反应”不是指顺序关系，仅作为区分用的名词。

本文中“硝酸钇水合物”、“硝酸氧锆水合物”旨在包含其前体或者衍生物，在技术上，它们可能不是水合物，尽管如此，也会发生反应生成形成含有钇和二氧化锆的复合溶胶。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本申请实施例中，一种钇稳定二氧化锆气凝胶/纤维复合材料的制备方法，如图1所示，所述方法包括：

S1.取第一溶剂、水、硝酸氧锆水合物和硝酸钇水合物混合，并进行第一反应，获得第一溶胶；

S2.取第二溶剂与所述第一溶胶混合，后加入凝胶促进剂，获得复合溶胶；

S3.将纤维毡浸渍于所述复合溶胶中，获得含溶胶纤维毡；

S4.将所述含溶胶纤维毡进行凝胶陈化，获得含凝胶纤维毡；

S5.将所述含凝胶纤维毡分别浸渍于第三溶剂、第四溶剂和第五溶剂中进行置换，后干燥，获得钇稳定二氧化锆气凝胶/纤维复合材料。

本申请实施例中，制备复合溶胶时，选用硝酸氧锆水合物、硝酸钇水合物溶解于水和第一溶剂中，搅拌时间为20～40min，硝酸氧锆水合物、硝酸钇水合物进行水解反应和缩聚反应；反应后的产物搅拌溶解于第二溶剂中，加入凝胶促进剂，继续搅拌5～15min，促进凝胶，形成复合溶胶，便于进行下列反应。添加钇元素后，对复合材料晶型稳定性有很大改善。

本申请实施例中，胶体陈化作用(colloidageing)是胶体由于压力的加大、温度的升高，或随时间的发展而脱水，过渡为偏胶体，形成稳定的自生矿物的现象。陈化有利于使溶胶粒子长成一样大小，即小的溶解长到大的上面。凝胶化阶段进行陈化使凝胶化更彻底。进行凝胶陈化的温度为50～80℃，50～80℃环境有利于陈化的顺利进行，温度过高不利影响是凝胶容易开裂，过低的不利影响是老化速度慢，纤维毡铺平是为了得到平整的胶体，密封是为了得到防止表面溶剂挥发，造成表面龟裂。在50～80℃中环境中铺平、密封20～30h可以得到凝胶陈化后纤维毡。

作为一种可选的实施方式，所述硝酸钇水合物质量为所述硝酸氧锆水合物质量的19-21％，所述凝胶促进剂加入的的质量为所述硝酸氧锆水合物质量的166％-265.6％。

本申请实施例中，凝胶促进剂的质量含量为所述硝酸氧锆水合物的166％-265.6％，凝胶较完全，同时节约试剂用量。

作为一种可选的实施方式，所述硝酸钇水合物包括五水合硝酸钇或六水合硝酸钇；

作为一种可选的实施方式，所述硝酸氧锆水合物包括五水合硝酸氧锆或六水合硝酸氧锆。

本申请实施例中，只要能实现发明目的的硝酸钇水合物和硝酸氧锆水合物均可，五水合硝酸钇或六水合硝酸钇、五水合硝酸氧锆或六水合硝酸氧锆常见、易得，同时容易发生水解反应，便于计算，为选取凝胶促进剂提供一个量的参考。

本申请实施例中，所述凝胶促进剂为环氧化物，可以选择1,2-环氧丙烷或2,3-环氧丁烷。

作为一种可选的实施方式，所述纤维毡包括如下任意一种：石英纤维毡、莫来石纤维毡和氧化铝纤维毡。

本申请实施例中，纤维毡作为增强相，氧化锆作为隔热相，将纤维毡基体的力学性能与氧化锆气凝胶结合在一起，获得纤维与气凝胶复合的优良隔热材料能够实现对气凝胶材料的更好的应用。石英纤维毡。具有耐热、耐腐蚀和柔软性。高温下强度保持率高、尺寸稳定、抗热震性，可以有效提高气凝胶复合的硬度。

作为一种可选的实施方式，所述干燥包括乙醇超临界干燥，所述干燥的参数包括：干燥压力6-8MPa，超临界温度250-280℃，干燥时间20-50min。

本申请实施例中，选用干燥压力6-8MPa，超临界温度250-280℃，可提高干燥效率和提高干燥质量，干燥时间20-50min即可干燥完全。

作为一种可选的实施方式，所述将所述含凝胶纤维毡分别浸渍于第三溶剂、第四溶剂和第五溶剂中进行置换，获得钇稳定二氧化锆气凝胶/纤维复合材料，具体包括：

本申请实施例中，将所述含凝胶纤维毡依次浸渍于第三溶剂、第四溶剂和第五溶剂中分别进行置换，获得钇稳定二氧化锆气凝胶/纤维复合材料，其中，含凝胶纤维毡在第三溶剂、第四溶剂和第五溶剂中的置换条件都包括：至少2次置换，每隔20～26h进行置换。

本申请实施例中，进行第一次置换置换和进行第二次置换的时间过长的不利影响主要是时间上的浪费，生产成本和周期加长，过短的不利影响是置换不够完全。

作为一种可选的实施方式，所述第一溶剂、所述第三溶剂和所述第五溶剂包括甲醇、异丙醇、正庚烷、正己烷和无水乙醇中任意一种或其中任意一种与水的混合物；所述第二溶剂为甲酰胺溶液；所述第四溶剂包括硅酸四乙酯与无水乙醇的混合溶液、硅酸四乙酯与异丙醇的混合溶液、硅酸四乙酯与正庚烷的混合溶液和硅酸四乙酯与正己烷的混合溶液中任意一种。

本申请实施例中，选用第一溶剂的原因是硝酸氧锆水合物、硝酸钇水合物的水解产物可以在第一溶剂中发生缩聚反应；采用第三溶剂进行第一次置换的原因是置换去除第二溶剂；采用第四溶剂进行第二次置换的原因是强化凝胶；采用第五溶剂进行第二次置换的原因是置换去除四溶剂。选用甲酰胺溶液的原因是改善凝胶微观形貌。

本申请实施例中，环氧丙烷含量对二氧化锆气凝胶微观结构的孔径和比表面积都有很大改善，但含量过高时，二氧化锆气凝胶/纤维复合材料的孔径和比表面积不再改善，凝胶时间缩短，不利于溶胶与纤维复合和制备操作；含量过低时，孔径和比表面积不理想；环氧丙烷含量对二氧化锆气凝胶微观结构的孔径和比表面积都有很大改善，高温隔热性能有较大的提高。

一种所述的钇稳定二氧化锆气凝胶/纤维复合材料的制备方法制备的钇稳定二氧化锆气凝胶/纤维复合材料。

本申请实施例中，气凝胶和石英纤维结合较好，测得该二氧化锆气凝胶/纤维复合材料在1200℃下导热系数为0.147-0.18W/(m·K)。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的一种提高气凝胶隔热材料干燥效率的工艺方法进行详细说明。

实施例1

一种钇稳定二氧化锆气凝胶/纤维复合材料的制备方法，所述制备方法包括复合溶胶的制备、复合溶胶浸渍纤维毡及凝胶陈化、干燥，

所述复合溶胶的制备包括下列步骤：取第一溶剂、水、硝酸氧锆水合物、硝酸钇水合物、搅拌，发生第一反应，获得均匀溶胶；所述第一反应包括水解反应和缩聚反应。取第二溶剂与所述均匀溶胶混合；加入凝胶促进剂，搅拌，获得所述复合溶胶；所述复合溶胶浸渍纤维毡及凝胶陈化包括下列步骤：

将纤维毡浸渍于所述复合溶胶中，浸渍均匀后取出，获得浸渍后纤维毡；将所述浸渍后纤维毡铺平、密封，置于80℃环境中进行凝胶陈化，获得凝胶陈化后纤维毡；将所述凝胶陈化后纤维毡浸渍于第三溶剂中，每26h进行置换，置换3次，获得第一次置换纤维毡；将所述第一次置换纤维毡浸渍于第四溶剂，每26h进行置换，置换3次，获得第二次置换纤维毡；将所述第二次置换纤维毡浸渍于第五溶剂，每26h进行置换，置换3次，获得第三次置换纤维毡。所述凝胶促进剂包括1-2,环氧丙烷。

所述第一溶剂、所述第三溶剂和所述第五溶剂包括甲醇；所述第二溶剂为甲酰胺溶液；所述第四溶剂包括硅酸四乙酯与无水乙醇的混合溶液。所述硝酸钇水合物包括六水合硝酸钇；所述硝酸氧锆水合物包括五水合硝酸氧锆。

所述硝酸钇水合物质量为所述硝酸氧锆水合物质量的20％，所述凝胶促进剂的质量含量为所述硝酸氧锆水合物的166％(以钇掺杂量为20％计算)。所述干燥包括乙醇超临界干燥，所述干燥的参数：干燥压力6MPa，超临界温度250℃，干燥时间50min。

实施例2

一种钇稳定二氧化锆气凝胶/纤维复合材料的制备方法，所述制备方法包括复合溶胶的制备、复合溶胶浸渍纤维毡及凝胶陈化、干燥，

所述复合溶胶的制备包括下列步骤：

取第一溶剂、水、硝酸氧锆水合物、硝酸钇水合物、搅拌，发生第一反应，获得均匀溶胶；所述第一反应包括水解反应和缩聚反应。取第二溶剂与所述均匀溶胶混合；加入凝胶促进剂，搅拌，获得所述复合溶胶；

所述复合溶胶浸渍纤维毡及凝胶陈化包括下列步骤：

将纤维毡浸渍于所述复合溶胶中，浸渍均匀后取出，获得浸渍后纤维毡；将所述浸渍后纤维毡铺平、密封，置于65℃环境中进行凝胶陈化，获得凝胶陈化后纤维毡；将所述凝胶陈化后纤维毡浸渍于第三溶剂中，每24h进行置换，置换4次，获得第一次置换纤维毡；将所述第一次置换纤维毡浸渍于第四溶剂，每24h进行置换，置换3次，获得第二次置换纤维毡；将所述第二次置换纤维毡浸渍于第五溶剂，每24h进行置换，置换3次，获得第三次置换纤维毡。

所述纤维毡为石英纤维毡。所述凝胶促进剂包括1-2,环氧丙烷。所述硝酸钇水合物质量为所述硝酸氧锆水合物质量的20％，所述凝胶促进剂的质量含量为所述硝酸氧锆水合物的 265.6％(以钇掺杂量为20％计算)。所述第一溶剂、所述第三溶剂和所述第五溶剂包括异丙醇；所述第二溶剂为甲酰胺溶液；所述第四溶剂包括硅酸四乙酯与正庚烷的混合溶液。所述硝酸钇水合物包括五水合硝酸钇；所述硝酸氧锆水合物包括六水合硝酸氧锆。

所述干燥包括乙醇超临界干燥，所述干燥的参数：干燥压力8MPa，超临界温度280℃，干燥时间50min。

实施例3

1)量取3000mL的无水乙醇、1000mL的去离子水，称取200g五水合硝酸氧锆和40g六水合硝酸钇，上述原料试剂一同加入到反应釜中，搅拌至完全溶解；量取24mL甲酰胺加入上述混合溶液中，控制搅拌时间为30min；向溶胶中迅速加入400mL的1-2,环氧丙烷，继续搅拌10min得到复合溶胶。

2)将裁剪好的300×200×30的石英纤维毡浸渍到溶胶中，待浸渍完全后取出，在平板上铺平。将浸渍完成的石英纤维毡放入塑料盒中，利用亚克力板及重物压住并密封，转入70℃烘箱进行凝胶陈化，陈化时间为24h，得到陈化后的凝胶/石英纤维毡样品。

加入约1.5L无水乙醇进行溶剂置换并密封，转入70℃烘箱，每24h置换一次，共置换三次；加入1.5L体积分数为15％的硅酸四乙酯/乙醇溶液进行溶剂置换并密封，转入70℃烘箱，每24h置换一次，共置换两次；加入约1.5L无水乙醇进行溶剂置换并密封，转入 70℃烘箱，每24h置换一次，共置换三次。

3)将完成溶剂置换的样品放入乙醇超临界干燥机中，设置参数为干燥压力7MPa，超临界温度260℃，干燥时间40min。，获得钇稳定二氧化锆气凝胶/石英纤维复合材料。

制备的钇掺杂量为20％，环氧丙烷添加量为硝酸氧锆水合物质量166％的钇稳定二氧化锆气凝胶/石英纤维毡复合材料外观平整无褶皱，气凝胶和石英纤维结合较好。

实施例4

主要步骤与实施例1相同，不同之处是步骤1)溶胶最后加入520ml环氧丙烷，最终获得环氧丙烷掺杂量为硝酸氧锆水合物质量215.8％的钇稳定二氧化锆气凝胶/石英纤维复合材料。

制备的钇稳定二氧化锆气凝胶/石英纤维复合材料外观平整无褶皱，气凝胶和石英纤维结合较好。

实施例5

主要步骤与实施例3相同，不同之处是步骤1)溶胶最后加入640ml环氧丙烷，最终获得环氧丙烷掺杂量为硝酸氧锆水合物质量265.6％的钇稳定二氧化锆气凝胶/石英纤维复合材料。

制备的钇稳定二氧化锆气凝胶/石英纤维复合材料外观平整无褶皱，气凝胶和石英纤维结合良好，测得该二氧化锆气凝胶/纤维复合材料在1200℃下导热系数为0.147W/(m·K)。

本发明中，最佳配方为钇掺杂量为20％，环氧丙烷添加量为硝酸氧锆水合物质量265.6％，即本实施例所对应配方，此时气凝胶与石英纤维结合良好，复合材料在在1200℃下导热系数为0.147W/(m·K)。

对比例1

采用与实施例3相同的方式，不添加六水合硝酸钇，采用等量的硝酸氧锆水合物替代，其他同实施例4。

对比例2

采用与实施例3相同的方式，不进行置换，陈化后的凝胶/石英纤维毡样品直接进行干燥。其他同实施例4。

对比例3

采用与实施例3相同的方式，进行置换操作不同，本对比例中采用如下步骤：加入约 1.5L无水乙醇进行溶剂置换并密封，转入70℃烘箱，每24h置换一次，共置换三次；加入1.5L无水乙醇进行溶剂置换并密封，转入70℃烘箱，每24h置换一次，共置换两次；加入约1.5L无水乙醇进行溶剂置换并密封，转入70℃烘箱，每24h置换一次，共置换三次。其他同实施例3。

钇稳定二氧化锆气凝胶/纤维复合材料性能检测

将实施例1-6和对比例1-3制得的钇稳定二氧化锆气凝胶/纤维复合材料进行检测，测试结果如表1所示。

表1,实施例和对比例检测结果对比表。

从表1中的数据可知：

本发明实施例提供的钇稳定二氧化锆气凝胶/纤维复合材料，采用钇稳定二氧化锆气凝胶与纤维进行复合，在高温下保持较低的导热系数，测得该二氧化锆气凝胶/纤维复合材料在1200℃下导热系数为0.147W/(m·K)以上，同时提高了本发明复合材料的最高使用温度。

从对比例1-3中数据可知：

从对比例1的数据可知,不添加钇元素，会导致1200℃导热系数显著上升，表明添加钇元素提高材料热稳定性和高温隔热性能是有效的。

从对比例2的数据可知,不进行置换，会导致材料高温隔热性能下降。

从对比例3的数据可知,置换过程中，获得第二次置换纤维毡，不使用第四溶剂进行置换，使用第三溶剂进行置换，会导致材料高温隔热性能略有下降。

附图1-2的详细说明：

如图1所示，本发明提供的制备方法流程图，该制备方法可以有效的保留气凝胶的隔热性的同时增强其强度和韧性，制得在高温下保持较低的导热系数的隔热材料。

图2所示，是本发明实施例5中钇稳定二氧化锆气凝胶/纤维复合材料不同温度下热处理后样品，图中从左到右依次为500、800、1200℃热处理2小时，1200℃无明显的收缩变形，表明材料的热稳定性良好。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。