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摘 要

作为纳米多孔材料，气凝胶具有连续的三维网络结构，具有低密度，很低的热导率，较高的孔隙率和较高的比表面积的特征。气凝胶有很多种类。SiO₂气凝胶是研究和应用最广泛的气凝胶。尽管碳化物气凝胶已有十多年的历史，但与SiO₂气凝胶相比，它仍需要进一步的研究和开发。目前，通常通过溶胶-凝胶法制备TiC气凝胶。首先，准备RF/TiO₂复合气凝胶，然后进行热处理以获得完整的块状TiC气凝胶。本文以钛/丁酸酯四酯（TBOT），间二酚（R），甲醛（F）等原料制备RF/TiO₂复合气凝胶，然后通过热处理得到碳化钛气凝胶，探究不同碳钛比，热处理温度和大气条件对TiC气凝胶的隔热性能的影响，并找到合适的制备方法来制备具有良好耐高温性的气凝胶。

关键词：TiC气凝胶 超临界干燥 耐高温

Preparation of titanium carbide aerogels

Abstract

Aerogel as a nanoporous material has a continuous three-dimensional network structure, which has the characteristics of low density, high porosity, high specific surface area, low thermal conductivity and so on. Aerogels are widely used in recent years. SiO2 aerogels are the most aerogels studied and applied. Although the aerogels have a history of more than ten years, they still need further improvement compared with SiO2 aerogels. Research and development. The current TiC aerogels are usually prepared by sol-gel method. Firstly, RF/TiO2 composite aerogels are prepared, and then a complete block TiC aerogel is obtained by heat treatment. In this paper, RF/TiO2 composite aerogels were prepared from titanium butyrate four (TBOT), two phenol (R) and formaldehyde (F). Then the titanium carbide aerogels were obtained through heat treatment. The effects of different carbon titanium ratios, sintering temperatures and atmosphere conditions on the thermal insulation properties of TiC aerogels were studied, and the suitable preparation process was found to prepare aerogels with high temperature resistance.

Keywords：TiC aerogel supercritical drying high temperature resistan

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 3

1.1 引言 3

1.2 气凝胶概述 4

1.2.1 气凝胶的发展 4

1.3 耐高温气凝胶材料研究现状 6

1.3.1 耐高温氧化物气凝胶材料 6

1.3.2 耐高温炭气凝胶材料 6

1.3.3 耐高温碳化物气凝胶材料 7

1.4 碳化钛的相关制备与应用 8

1.4.1 碳化钛粉体的制备 8

1.4.2 碳化钛的应用 8

1.5 研究目的及主要内容 9

第二章 实验方案 10

2.1 实验原料及仪器 10

2.1.1 实验原料 10

2.1.2实验仪器 10

2.2 实验内容 10

2.2.1 RF/TiO2气凝胶的制备 10

2.2.2 TiC气凝胶的制备 11

2.3 测试表征方法 11

2.3.1 密度 11

2.3.3 XRD分析 11

2.3.4 热重分析 11

2.3.5 SEM/TEM分析 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 RF/TiO2气凝胶制备 12

3.2 XRD结果分析 12

3.3 碳钛比对碳化钛气凝胶结构的影响 12

3.4 微观结构分析 12

第四章 结论与展望 13

4.1 结论 13

4.2 展望 13

参考文献 14

致谢 16

第一章 绪论

1.1 引言

稳定有效的热保护系统的开发在高性能航天器的长寿命飞行中起着特别重要的作用^[1-3]，因为航天器突破了飞行速度的技术速度和由此带来的恶劣服务环境。为了使高速飞行器在进行高速飞行时，避免因温度过高时导致引发事故，必须有一个可靠的耐高温隔热保护系统，其中的关键就是耐高温隔热材料的选择和隔热结构的设计，这两个关键越来越引起我们的关注，希望可以通过解决此问题提高飞行器的性能。当前，高性能飞机在全球许多国家的应用受到高温，长期安全使用热保护系统的限制。对于高速航天器而言，热保护的温度一般来说都在1200℃以上，仅仅从隔热结构的设计出发，这样达到的效果与实际的需求相差较远，所以要从耐高温隔热材料的选择上出发，找到或者制备出合适的材料来满足需求。

在不同温度场景下使用的常规高温绝缘材料大致分为三类：纤维多孔绝缘材料，泡沫绝缘材料和颗粒绝缘材料。纤维多孔绝缘材料的优点是重量轻，导热系数低和良好的机械性能，但是导热系数在高温下增长太快，从而限制了其在1000℃以上高温环境中的应用^[4-6]。隔热材料可以在1000℃以上使用，然而，因其室温热导率和高温热导率较高，加工性能相对来说也较差，因此不能在高温环境中单独使用。泡沫绝缘材料分为有机泡沫材料，无机泡沫材料和金属泡沫材料。三种泡沫材料各有各的优缺点，在一些性能方面上仍然有着很大的差异。在比较常规隔热材料的优缺点时，三种现有隔热材料在航空航天隔热的某些应用中仍然存在局限性。

气凝胶材料可解决现有隔热材料的各种缺陷，具有显着的节能和节电效果，可应用于几乎所有的隔热领域。气凝胶是典型的纳米多孔材料，具有连续的三维开孔网络结构，孔径分布在纳米级。具有低密度，高孔隙率，高比表面积和低导热率的特征，气凝胶的孔隙率为90％或更高，并且气凝胶材料内部的中孔结构具有特别好的气凝胶绝热性能，并且气凝胶具有电、热、声和光学特性，在该领域具有广阔的应用前景^[6-10]。

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