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氧化铝气凝胶的失效机理介绍
发布时间:2021-05-07     作者:yyp   分享到:

目前氧化硅气凝胶是研究得最为成熟的气凝胶材料,已经作为高性能隔热材料得到了广泛应用,但是氧化硅气凝胶在高温下会发生孔结构的破坏,其短期使用温度上限一般不超过800℃。相比于氧化硅气凝胶,氧化铝气凝胶耐温性更高,在1000℃时仍然能够保持纳米孔结构,并具有很低的热导率,是目前有氧环境下耐温和隔热性能突出的气凝胶材料,在航空航天、工业窑炉等温度更高的隔热领域具有很大的应用潜力。

氧化铝气凝胶的失效机理

Al2O3气凝胶虽然具有较好的耐高温性能,但在温度升高的情况下会产生一系列的相变,如下图所示。氧化铝晶相会随温度的变化而改变,氧化铝前驱体随温度的升高一般依次以γ→δ→θ→α次序相变,由于α-Al2O3为密排六方结构,因此这个过程中氧化铝气凝胶的体积会不断收缩,纳米孔结构遭破坏,比表面积也相应减小,导致其无法在高温条件下正常使用。

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另外,氧化铝气凝胶在高温条件下失效还有一个原因就是Al2O3颗粒之间的烧结——随温度的升高,Al2O3微晶或颗粒会烧结。烧结是Al2O3表面能降低和颗粒聚集长大的过程,因此颗粒中心距离会不断减小,材料发生收缩,从而导致Al2O3颗粒比表面积骤降。除此之外,由于气凝胶具有纳米孔结构,在高温下其表面活性较高,易于发生烧结,从而导致气凝胶微观结构遭到破坏,降低其隔热性能。

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