中國(guó)粉體網(wǎng)訊  氣凝膠由于其高比表面積、高孔隙率、低密度和低熱導(dǎo)率等優(yōu)異性能，已被廣泛應(yīng)用于隔熱保溫、吸附、催化和能源等領(lǐng)域，但隨著氣凝膠應(yīng)用領(lǐng)域的越發(fā)廣泛，普遍應(yīng)用于650℃及以下隔熱領(lǐng)域的傳統(tǒng)SiO₂氣凝膠在高溫下結(jié)構(gòu)易坍塌，致使材料致密化，從而喪失其優(yōu)異性能，其他氧化物基氣凝膠的高溫?zé)岱�(wěn)定性也有待進(jìn)一步加強(qiáng)，高溫局限性極大地限制了氧化物基氣凝膠在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。

碳化物是一種高硬度、高熔點(diǎn)和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的化合物，一般通過(guò)原位生成法制得，在制備過(guò)程中控制工藝參數(shù)將碳化物制成氣凝膠結(jié)構(gòu)，可提升氣凝膠材料的使用溫度，進(jìn)而拓展在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用，如航天航空、高溫窯爐、核能等領(lǐng)域。碳化硅氣凝膠材料是典型代表之一。

碳化硅氣凝膠的應(yīng)用

與多孔SiC陶瓷相比，SiC氣凝膠具有介孔結(jié)構(gòu)豐富、比表面積高和密度低等優(yōu)勢(shì)，在高溫隔熱、電磁吸波等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

高溫隔熱

碳化硅氣凝膠化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)小、比消光系數(shù)高、抗熱震性能好且在空氣中可耐1000℃以上高溫，是一種有潛力的高溫隔熱材料，尤其適合應(yīng)用在強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)熱震、電磁干擾嚴(yán)重的惡劣環(huán)境中。近十年來(lái)，針對(duì)碳化硅氣凝膠隔熱材料，研究重點(diǎn)主要集中在SiC陶瓷轉(zhuǎn)化工藝、熱導(dǎo)率優(yōu)化、SiC纖維氣凝膠及其宏量制備等方面。

為了碳化硅氣凝膠的進(jìn)一步應(yīng)用，應(yīng)克服其脆性、力學(xué)性能差等缺陷。SiC納米線具有一維納米材料的彈性、柔韌性以及SiC陶瓷優(yōu)異的高溫?zé)峄瘜W(xué)穩(wěn)定性的綜合特性，使其具有廣泛的應(yīng)用前景。

電磁吸波

SiC是一種重要的寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有介電性能好和理想的微波吸收性能的優(yōu)點(diǎn)，是一種被廣泛研究的電磁吸波材料。近年來(lái)，由于氣凝膠的三維納米網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)通過(guò)增加電磁波在納米孔內(nèi)的反射次數(shù)可以有效提高電磁吸波性能，SiC氣凝膠作為新型電磁吸波材料而受到廣泛關(guān)注。

SiC氣凝膠粉體作為高損耗吸波劑在涂覆型吸波材料領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，具有輕質(zhì)、耐高溫、寬頻吸波等特點(diǎn)；SiC氣凝膠作為塊體應(yīng)用時(shí)，不僅具有吸波性能，還能滿足特殊部件的隔熱要求，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的吸波/隔熱一體化。氣凝膠吸波材料領(lǐng)域的有限研究表明，SiC氣凝膠可表現(xiàn)出較好的吸波特性，且具備SiC材料優(yōu)秀的耐高溫與穩(wěn)定性，認(rèn)為其具備成為新型吸波/隔熱一體化材料的潛力。

碳化硅氣凝膠的制備方法

近年來(lái)，研究人員開(kāi)發(fā)出有機(jī)/SiO₂復(fù)合氣凝膠碳熱還原法、預(yù)陶瓷化聚合物裂解法、化學(xué)氣相沉積法、高溫氣相滲硅法和SiC納米線自組裝法等新型方法，用于制備高性能的塊狀SiC氣凝膠。

有機(jī)/SiO₂復(fù)合氣凝膠碳熱還原法

以有機(jī)/SiO₂復(fù)合氣凝膠為前驅(qū)體，通過(guò)碳熱還原法制備塊狀SiC氣凝膠的基本技術(shù)路線為：首先通過(guò)溶膠-凝膠法制備有機(jī)/SiO₂氣凝膠前驅(qū)體，然后經(jīng)過(guò)炭化得到C/SiO₂復(fù)合氣凝膠，C/SiO₂復(fù)合氣凝膠再經(jīng)過(guò)高溫碳(鎂)熱還原(和煅燒除去游離碳)即可得到SiC氣凝膠。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在有機(jī)/SiO₂復(fù)合氣凝膠碳熱還原法中，前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)和碳熱還原工藝直接決定了最終SiC氣凝膠的結(jié)構(gòu)和性能。

預(yù)陶瓷化聚合物裂解法

利用預(yù)陶瓷化聚合物合成氣凝膠是氣凝膠制備的一個(gè)新領(lǐng)域，對(duì)于SiC氣凝膠而言，這種預(yù)陶瓷化聚合物裂解策略可以避免有機(jī)/SiO₂復(fù)合氣凝膠碳熱還原法，擺脫了對(duì)首先要制備RF/SiO₂氣凝膠的依賴，而且預(yù)陶瓷化聚合物前驅(qū)體中的Si和C元素實(shí)現(xiàn)了原子級(jí)別的混合，因此高溫?zé)崽幚頊囟蕊@著降低。根據(jù)預(yù)陶瓷化聚合物成型方式的不同，又可以分為預(yù)陶瓷化聚合物直接交聯(lián)成型法和納米澆筑成型法。

化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法制備SiC氣凝膠是指通過(guò)應(yīng)用聚合物熱解化學(xué)氣相沉積(PPCVD)在具有三維納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的模板中制備SiC納米結(jié)構(gòu)單元，隨著構(gòu)筑單元的逐漸增多，這些SiC納米結(jié)構(gòu)單元會(huì)發(fā)生自組裝，去除模板后即可得到SiC氣凝膠，制備的SiC氣凝膠可以較好地保持模板的形狀和尺寸。由于多孔炭材料具有孔隙均勻、骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、孔隙率高和氧化溫度低等優(yōu)勢(shì)，因此常被用作SiC氣凝膠的模板和生長(zhǎng)基質(zhì)。

通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備的SiC氣凝膠多由SiC納米線組成，因此具有良好的彈性、彎曲性和可逆壓縮性。然而，化學(xué)氣相沉積的制備過(guò)程需要苛刻的條件，成本較高，不利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

高溫氣相滲硅法

高溫氣相滲硅法制備SiC氣凝膠是指在高溫真空環(huán)境中用氣相硅(Si蒸氣和氣相SiO)對(duì)多孔炭材料進(jìn)行高溫氣相滲透，使氣相硅進(jìn)入多孔結(jié)構(gòu)中并與碳組分發(fā)生反應(yīng)生成SiC，進(jìn)而得到SiC氣凝膠。

相比于傳統(tǒng)的多孔炭材料，用生物質(zhì)作為碳前驅(qū)體合成的多孔炭具有成本低廉和工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，采用生物質(zhì)作為原料進(jìn)行材料的制備和合成成為一個(gè)重要的研究方向。

高溫氣相滲硅法制備SiC氣凝膠的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，具有制備周期短、組成可調(diào)節(jié)和易后加工等優(yōu)勢(shì)，但也存在熱處理溫度較高和反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題。高溫氣相滲硅法制備SiC氣凝膠對(duì)初始的多孔炭材料具有很高的要求，因?yàn)槎嗫滋康奈⒂^結(jié)構(gòu)和形貌直接決定了制備的SiC氣凝膠的組織結(jié)構(gòu)。

SiC納米線組裝法

SiC納米線不僅具有SiC陶瓷的優(yōu)異性質(zhì)，還表現(xiàn)出優(yōu)異的柔性、彈性、高彎曲強(qiáng)度和楊氏模量，因此制備三維SiC納米線氣凝膠是改善SiC氣凝膠脆性的重要思路。

SiC納米線自組裝法制備的SiC氣凝膠具有優(yōu)異的柔性、彈性和高彎曲性，且工藝簡(jiǎn)單，易大規(guī)模制備。然而，高質(zhì)量的SiC納米線構(gòu)筑單元成本較高，制備的SiC納米線氣凝膠是通過(guò)納米線之間的范德華力和靜電力等物理鍵結(jié)合組成，強(qiáng)度較低，拉伸性能較差，在快速熱沖擊或高溫下易遭受結(jié)構(gòu)退化。

參考來(lái)源：中國(guó)粉體工業(yè)：碳化硅氣凝膠的制備及應(yīng)用研究綜述

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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