CN110115961A - 一种提高炭气凝胶抗氧化性能的方法以及由此制得的改性炭气凝胶 - Google Patents

一种提高炭气凝胶抗氧化性能的方法以及由此制得的改性炭气凝胶 Download PDF

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郭慧
张鹏
张恩爽
刘圆圆
李文静
杨洁颖
张昊
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/0091—Preparation of aerogels, e.g. xerogels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30

Abstract

本发明涉及一种提高炭气凝胶抗氧化性能的方法以及由此制得的改性炭气凝胶。所述方法为：采用混合粉将炭气凝胶进行包埋并于惰性气氛下进行高温处理，在炭气凝胶的表面制备第一层涂层，混合粉包含以质量百分比计的硅粉55～85％、碳粉5～25％和氧化铝粉5～20％，硅粉、碳粉和氧化铝粉的粒径为300～500目；以三氯甲基硅烷为反应气体，以氩气为载气并且以氢气和氩气为稀释气体，通过化学气相沉积法在第一层涂层的基础上制备第二层涂层，由此在炭气凝胶的表面制得梯度抗氧化涂层以提高炭气凝胶的抗氧化性能。本发明方法制得了梯度涂层保护的抗氧化性能优异的炭气凝胶，其相比未处理的炭气凝胶的抗氧化性能提高30％以上。

Description

一种提高炭气凝胶抗氧化性能的方法以及由此制得的改性炭 气凝胶
技术领域
本发明属于炭气凝胶材料技术领域，尤其涉及一种提高炭气凝胶抗氧化性能的方法以及由此制得的改性炭气凝胶。
背景技术
航天技术的发展对耐高温热防护材料提出了更高的需求，高效、轻质的耐高温隔热材料是各种热防护系统的关键。超燃发动机工作温度极高，对隔热材料的要求尤为苛刻：应用于发动机隔热的材料首先要有良好的高温(≥2000℃)稳定性，还要有优异的隔热性能、较低的密度和良好的工艺性能，以较小的厚度和较轻的重量获得可靠的隔热效果。
气凝胶材料是目前最好的隔热材料，它是由胶体粒子或高聚物分子相互聚积构成的一种具有网络结构的纳米多孔性固体材料，由于其孔径(<50nm)小于空气分子的平均自由程(～70nm)，因而在气凝胶孔内没有空气对流，具有极低的气态热传导；同时气凝胶具有极高的孔隙率，固体所占体积比很低，固态热传导也很低，因此，气凝胶是理想的高效轻质隔热材料，在隔热领域具有广阔的应用前景。目前已有的气凝胶材料中技术最成熟的是二氧化硅气凝胶，但是其使用温度不超过800℃，在更高温度下由于纳米结构被破坏而无法使用。炭气凝胶在各种气凝胶中耐高温性能最好(≥2000℃)，在高马赫数飞行器热防护领域具有无可替代的优越性。
实际应用当中，高温有氧环境造成炭气凝胶材料发生严重的氧化现象。这势必影响炭气凝胶材料长时耐温性能，为此关于提高炭气凝胶抗氧化性能方法的研究有着重要的意义。
现阶段炭气凝胶(中国专利申请CN1891622A和CN101468795A) 主要是通过酚和醛通过溶胶-凝胶的方法，进一步干燥碳化而得到的，但目前其应用主要受其抗氧化性能差的限制。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种提高炭气凝胶抗氧化性能的方法以及由此制得的改性炭气凝胶，以解决现有炭气凝胶抗氧化性能差的问题。
为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种提高炭气凝胶抗氧化性能的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)采用混合粉将炭气凝胶进行包埋并于惰性气氛保护下进行高温处理，在所述炭气凝胶的表面制备第一层涂层，所述混合粉包含以质量百分比计的硅粉55～85％、碳粉5～25％和氧化铝粉5～20％，所述硅粉、所述碳粉和所述氧化铝粉的粒径为300～500目；和
(2)以三氯甲基硅烷为反应气体，以氩气为载气并且以氢气和氩气为稀释气体，通过化学气相沉积法在步骤(1)制备的所述第一层涂层的基础上制备第二层涂层，由此在所述炭气凝胶的表面制得由所述第一层涂层和所述第二层涂层组成的梯度抗氧化涂层以提高炭气凝胶的抗氧化性能。
优选地，所述混合粉还包含质量百分比为0～5％的二氧化硅粉，所述二氧化硅粉的粒径为300～500目。
优选地，所述混合粉还包含质量百分比为0～5％的氧化硼粉，所述氧化硼粉的粒径为300～500目。
优选地，所述混合粉由以质量百分比计的硅粉55～85％、碳粉 5～20％和氧化铝粉5～15％、二氧化硅粉0～5％和氧化硼粉0～5％组成。
优选地，所述惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛。
优选地，所述高温处理的温度为1300～1600℃，所述高温处理的时间为30～60min。
优选地，在通过化学气相沉积法在步骤(1)制备的所述第一层涂层的基础上制备所述第二层涂层的过程中，所述三氯甲基硅烷的流量为60～200g/h，所述氢气的流量为0.2～1.5m3/h，和/或所述氩气的流量为0.5～2m3/h。
优选地，在步骤(2)中，化学气相沉积的温度为950～1100℃，化学气相沉积的时间为20～100h。
优选地，在步骤(2)中，通过鼓泡方式将三氯甲基硅烷带入化学气相沉积炉内以通过化学气相沉积法在步骤(1)制备的所述第一层涂层的基础上制备所述第二层涂层。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的方法制得的改性炭气凝胶，所述改性炭气凝胶包含炭气凝胶和形成在所述炭气凝胶的表面的所述梯度抗氧化涂层。
本发明与现有技术相比至少具有如下的有益效果：
(1)本发明方法首次通过在炭气凝胶的表面制备梯度抗氧化涂层以提高炭气凝胶的抗氧化性能，克服了通常认为的炭气凝胶为纳米多孔性固体材料，在涂层制备过程中会导致粉体原料进入炭气凝胶的纳米多孔结构中而导致炭气凝胶的纳米结构破坏从而势必会影响其耐温性能以及抗氧化性能的技术偏见。
(2)本发明方法中的所述混合粉包含以质量百分比计的硅粉 55～85％、碳粉5～25％和氧化铝粉5～20％，所述硅粉、所述碳粉和所述氧化铝粉的粒径为300～500目，本发明采用合理组成、合理配比以及合理粒径的混合粉通过包埋法在炭气凝胶的表面制备了第一层涂层，能够有效避免混合粉进入所述炭气凝胶的内部纳米结构中，并且通过化学气相沉积法在第一层涂层的基础上制备了第二层涂层(SiC涂层)，从而制得了由所述第一层涂层和所述第二层涂层组成的梯度抗氧化涂层，所述第一层涂层和第二层涂层的共同作用显著提高了炭气凝胶的抗氧化性能，制得了抗氧化性能优异的改性炭气凝胶。
(3)本发明通过马弗炉高温有氧环境考核试验发现，相同条件下，具有梯度抗氧化涂层的炭气凝胶(改性炭气凝胶)比未处理的炭气凝胶的抗氧化性能提高30％以上。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明在第一方面提供了一种提高炭气凝胶抗氧化性能的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)采用混合粉将炭气凝胶(碳气凝胶)进行包埋并于惰性气氛保护下进行高温处理，在所述炭气凝胶的表面制备第一层涂层(第一层抗氧化涂层)，所述混合粉包含以质量百分比计的硅粉(Si粉)55～85％ (例如55％、60％、65％、70％、75％、80％或85％)、碳粉(C粉)5～25％ (例如5％、10％、15％、20％或25％)和氧化铝粉(Al2O3粉)5～20％ (例如5％、10％、15％或20％)，所述硅粉、所述碳粉和所述氧化铝粉的粒径为300～500目(25～48μm)；具体地，例如将高纯度(≥99.5％) Si粉、C粉和Al2O3粉，分别在球磨机里球磨3～6h，过300-500目筛，分别得到粒径为300～500目的所述Si粉、所述C粉和所述Al2O3粉，然后按照几种粉体质量比为Si：C：Al2O3＝55-85％：5-25％：5-20％进行混合，将均匀的粉料倒于石墨坩埚，将炭气凝胶小块进行包埋，在真空炉惰性气氛保护中进行高温处理，制得所述第一层涂层。
(2)以三氯甲基硅烷为反应气体，以氩气为载气并且以氢气和氩气为稀释气体，通过化学气相沉积法在步骤(1)制备的所述第一层涂层的基础上制备第二层涂层(第二层抗氧化涂层)，由此在所述炭气凝胶的表面制得由所述第一层涂层和所述第二层涂层组成的梯度抗氧化涂层以提高炭气凝胶的抗氧化性能。
虽然，现有技术中有很多关于在C/C等复合材料上制备抗氧化涂层以提高复合材料的抗氧化性能的报道，但在制备这些抗氧化涂层的过程中，粉体原料会进入C/C等复合材料的内部，而炭气凝胶材料与 C/C等复合材料的结构不同，炭气凝胶为纳米多孔性固体材料，因而通常会认为如果在炭气凝胶上制备抗氧化涂层，则会在涂层制备过程中导致粉体原料进入炭气凝胶的纳米多孔结构中而导致炭气凝胶的纳米结构破坏从而势必会不利于提升炭气凝胶的长时耐温性能以及抗氧化性能，这也是现有技术中未见有关于在炭气凝胶材料表面制备抗氧化涂层的相关报道的原因；而本发明方法首次通过在炭气凝胶的表面制备区别于现有抗氧化涂层的梯度抗氧化涂层以提高炭气凝胶的抗氧化性能，克服了通常认为的炭气凝胶为纳米多孔性固体材料，在涂层制备过程中会导致粉体原料进入炭气凝胶的纳米多孔结构中而导致炭气凝胶的纳米结构破坏从而势必会不利于提升炭气凝胶的耐温性能以及抗氧化性能的技术偏见。
本发明方法中的所述混合粉包含以质量百分比计的硅粉55～85％、碳粉5～25％和氧化铝粉5～20％，所述硅粉、所述碳粉和所述氧化铝粉的粒径为300～500目，本发明采用合理组成、合理配比以及合理粒径的混合粉通过包埋法仅是在炭气凝胶的表面制备了第一层涂层，使得第一层涂层在一定程度上提高炭气凝胶的抗氧化性能的同时，能够有效避免微米级的混合粉进入所述炭气凝胶的内部纳米结构中，并且通过化学气相沉积法在第一层涂层的基础上制备了第二层涂层(SiC层)，从而通过包埋法和气相沉积法制得了由所述第一层涂层和所述第二层涂层组成的梯度抗氧化涂层，所述第一层涂层和第二层涂层的共同作用显著提高了炭气凝胶的抗氧化性能，制得了抗氧化性能优异的改性炭气凝胶；此外，本发明人发现，当混合粉包含的各成分粉体的粒径不在300～500目之间时，均不利于制得抗氧化性能优异的改性炭气凝胶。本发明通过马弗炉高温有氧环境考核试验发现，相同条件下，具有梯度抗氧化涂层的炭气凝胶(改性炭气凝胶)比未处理的炭气凝胶的抗氧化性能提高30％以上。
根据一些优选的实施方式，所述混合粉还包含质量百分比为0～5％ (例如0％、1％、2％、3％、4％或5％)优选为1～5％的二氧化硅粉(SiO2粉)，所述二氧化硅粉的粒径为300～500目。
根据一些优选的实施方式，所述混合粉还包含质量百分比为0～5％ (例如0％、1％、2％、3％、4％或5％)优选为1～5％的氧化硼粉(B2O3粉)，所述氧化硼粉的粒径为300～500目。
根据一些优选的实施方式，所述混合粉由以质量百分比计的硅粉 55～85％(例如55％、60％、65％、70％、75％、80％或85％)、碳粉5～20％ (例如5％、10％、15％或20％)和氧化铝粉5～15％(例如5％、10％或15％)、二氧化硅粉0～5％(例如0％、1％、2％、3％、4％或5％)和氧化硼粉0～5％(例如0％、1％、2％、3％、4％或5％)组成。本发明人经过大量的试验发现，优选为所述混合粉的组分及配比为Si：C： Al2O3：SiO2：B2O3＝55～85％：5～20％：5～15％：0～5％：0～5％，如此能进一步避免微米级的混合粉进入所述炭气凝胶的内部纳米结构中，同时也能进一步保证制得抗氧化性能更加优异的具有梯度抗氧化涂层的炭气凝胶(改性炭气凝胶)。
根据一些优选的实施方式，所述混合粉由以质量百分比计的硅粉 55～85％、碳粉5～20％和氧化铝粉5～15％、二氧化硅粉1～5％和氧化硼粉1～5％组成。
根据一些优选的实施方式，所述惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛。
根据一些优选的实施方式，所述高温处理的温度为1300～1600℃ (例如1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃、1550℃或1600℃)，所述高温处理的时间为30～60min(例如30、35、40、45、50、55或 60min)。本发明人经过大量的试验和摸索发现，优选为在惰性气氛中于1300～1600℃下进行高温处理30～60min更优选为30～40min，如此能进一步保证所述炭气凝胶的纳米结构在包埋过程中不受破坏，如此更有利于保证制得抗氧化性能优异的具有梯度抗氧化涂层的炭气凝胶。
根据一些具体的实施方式，步骤(1)为：将纯度均为高纯度 (≥99.5％)的Si粉、C粉、Al2O3粉、SiO2粉、B2O3粉等粉体，在球磨机里球磨3～6h，过300～500目筛，然后按照几种粉体质量比为Si： C：Al2O3：SiO2：B2O3＝55～85％：5～20％：5～15％：0～5％：0～5％，将均匀的粉料倒于石墨坩埚，将炭气凝胶小块进行包埋，在氩气气氛中 1300～1600℃高温处理30min，制备获得第一层涂层。
根据一些优选的实施方式，在通过化学气相沉积法在步骤(1)制备的所述第一层涂层的基础上制备所述第二层涂层的过程中，所述三氯甲基硅烷的流量为60～200g/h(例如60、70、80、90、100、110、120、 130、140、150、160、170、180、190或200g/h)，所述氢气的流量为 0.2～1.5m3/h(例如0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、 1.2、1.3、1.4或1.5m3/h)，和/或所述氩气的流量为0.5～2m3/h(例如0.5、 0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9 或2.0m3/h)。本发明优选为将三氯甲基硅烷的流量控制为60～200g/h、氢气的流量控制为0.2～1.5m3/h并且氩气的流量控制为0.5～2m3/h，如此能进一步控制反应气体浓度，实现对SiC涂层(碳化硅涂层)的控制。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，化学气相沉积的温度为950～1100℃(例如950℃、1000℃、1050℃或1100℃)，化学气相沉积的时间为20～100h(例如20、30、40、50、60、70、80、90或100h)。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，通过鼓泡方式将三氯甲基硅烷带入化学气相沉积炉内以通过化学气相沉积法在步骤(1)制备的所述第一层涂层的基础上制备所述第二层涂层。
根据一些具体的实施方式，步骤(2)为：以三氯甲基硅烷为原料 (反应气体)，其流量为60～200g/h，以氩气为载气，氢气和氩气为稀释气体，其氢气和氩气的流量分别为0.2～1.5m3/h和0.5～2m3/h，通过鼓泡方式将三氯甲基硅烷带入反应室中，在化学气相沉积炉内 950～1100℃下，沉积20～100h，即在炭气凝胶的第一层涂层的基础上制备第二层涂层。
根据一些优选的实施方式，所述第一层涂层的厚度为30～50μm，所述第二层涂层的厚度为10～30μm。在本发明中，优选为所述第一层涂层的厚度为30～50μm，并且所述第二层涂层的厚度为10～30μm，使得所述第一层涂层的厚度比SiC涂层厚度厚，这样能够保证第一层涂层能够将炭气凝胶进行保护，防止SiC涂层进入其内部，第二层SiC 涂层厚度较薄，主要是为了增强第一层涂层的抗氧化性能。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的方法制得的改性炭气凝胶，所述改性炭气凝胶包含炭气凝胶和形成在所述炭气凝胶的表面的所述梯度抗氧化涂层。
下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1
①将高纯度(≥99.5％)Si粉、C粉、Al2O3粉、SiO2粉、B2O3粉粉体，在球磨机里球磨6h，过300目筛，然后按照几种粉体质量比为 Si：C：Al2O3：SiO2：B2O3＝55％：20％：15％：5％：5％混合均匀，将均匀的粉料倒于石墨坩埚，将炭气凝胶小块进行包埋，在氩气气氛中 1300℃高温处理30min，制备获得厚度为30μm的第一层涂层。
②以三氯甲基硅烷为原料，其流量为70g/h，以氩气为载气，氢气和氩气为稀释气体，其氢气和氩气的流量分别为0.2m3/h和0.5m3/h，通过鼓泡方式将三氯甲基硅烷带入反应室中，在化学气相沉积炉内950℃下，沉积50h，即在炭气凝胶表面制备的第一层涂层的基础上制备厚度为15μm的第二层涂层，制得具有梯度抗氧化涂层的炭气凝胶(改性炭气凝胶)。
本实施例通过马弗炉高温有氧环境考核试验发现，在1000℃， 30min下，本实施例中的改性炭气凝胶比未处理的炭气凝胶抗氧化性能高32％。
实施例2
①将高纯度(≥99.5％)Si粉、C粉、Al2O3粉粉体，在球磨机里球磨5h，过300目筛，然后按照几种粉体质量比为Si：C：Al2O3＝65％：20％：15％混合均匀，将均匀的粉料倒于石墨坩埚，将炭气凝胶小块进行包埋，在氩气气氛中1400℃高温处理30min，制备获得厚度为45μm 的第一层涂层。
②以三氯甲基硅烷为原料，其流量为100g/h，以氩气为载气，氢气和氩气为稀释气体，其氢气和氩气的流量分别为1.5m3/h和1m3/h，通过鼓泡方式将三氯甲基硅烷带入反应室中，在化学气相沉积炉内1100℃下，沉积20h，即在炭气凝胶表面制备的第一层涂层的基础上制备厚度为25μm的第二层涂层，制得具有梯度抗氧化涂层的炭气凝胶(改性炭气凝胶)。
本实施例通过马弗炉高温有氧环境考核试验发现，在1000℃， 30min下，本实施例中的改性炭气凝胶比未处理的炭气凝胶抗氧化性能高35％。
实施例3
①将高纯度(≥99.5％)Si粉、C粉、Al2O3粉、B2O3粉粉体，在球磨机里球磨5h，过300目筛，然后按照几种粉体质量比为Si：C：Al2O3： B2O3＝60％：20％：15％：5％混合均匀，将均匀的粉料倒于石墨坩埚，将炭气凝胶小块进行包埋，在氩气气氛中1400℃高温处理30min，制备获得厚度为45μm的第一层涂层。
②以三氯甲基硅烷为原料，其流量为100g/h，以氩气为载气，氢气和氩气为稀释气体，其氢气和氩气的流量分别为1.5m3/h和1m3/h，通过鼓泡方式将三氯甲基硅烷带入反应室中，在化学气相沉积炉内1100℃下，沉积20h，即在炭气凝胶表面制备的第一层涂层的基础上制备厚度为25μm的第二层涂层(SiC涂层)，制得具有梯度抗氧化涂层的炭气凝胶(改性炭气凝胶)。
本实施例通过马弗炉高温有氧环境考核试验发现，在1000℃， 30min下，本实施例中的改性炭气凝胶比未处理的炭气凝胶抗氧化性能高36％。
实施例4
实施例4与实施例2基本相同，不同之处在于：
在步骤①中，将高纯度(≥99.5％)Si粉、C粉、Al2O3粉粉体，在球磨机里球磨5h，过300目筛，然后按照几种粉体质量比为Si：C： Al2O3＝65％：20％：15％混合均匀，将均匀的粉料倒于石墨坩埚，将炭气凝胶小块进行包埋，在氩气气氛中1000℃高温处理60min，制备获得第一层涂层。
实施例5
实施例5与实施例2基本相同，不同之处在于：
在步骤①中，将高纯度(≥99.5％)Si粉、C粉、Al2O3粉粉体，在球磨机里球磨5h，过300目筛，然后按照几种粉体质量比为Si：C： Al2O3＝65％：20％：15％混合均匀，将均匀的粉料倒于石墨坩埚，将炭气凝胶小块进行包埋，在氩气气氛中1800℃高温处理20min，制备获得第一层涂层。
对比例1
采用未经处理的炭气凝胶，在1000℃，30min下进行马弗炉高温有氧环境考核试验，得到其氧化失重率如表1所示。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于：不包括步骤②。
对比例3
对比例3与实施例3基本相同，不同之处在于：不包括步骤①，直接在炭气凝胶的表面制备SiC涂层。
对比例4
对比例4与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤①中，将高纯度(≥99.5％)Si粉、C粉、Al2O3粉、SiO2粉、B2O3粉粉体，在球磨机里球磨6h，过300目筛，然后按照几种粉体质量比为Si：C：Al2O3：SiO2：B2O3＝50％：20％：15％：8％：7％混合均匀，将均匀的粉料倒于石墨坩埚，将炭气凝胶小块进行包埋，在氩气气氛中1300℃高温处理30min，制备获得第一层涂层。
对比例5
对比例5与实施例2基本相同，不同之处在于：
在步骤①中，将高纯度(≥99.5％)Si粉、C粉、Al2O3粉粉体，在球磨机里球磨5h，过300目筛，然后按照几种粉体质量比为Si：C： Al2O3＝50％：25％：25％混合均匀，将均匀的粉料倒于石墨坩埚，将炭气凝胶小块进行包埋，在氩气气氛中1400℃高温处理30min，制备获得第一层涂层。
从表1的结果可知，当只在炭气凝胶的表面制备第一层涂层时，其氧化失重率为50％，比未处理的炭气凝胶抗氧化性能仅提高了15％，当只在炭气凝胶的表面制备第二层涂层(SiC涂层时)，其氧化失重率为42％，比未处理的炭气凝胶抗氧化性能仅提高了23％，而本发明制得的具有梯度抗氧化涂层的改性炭气凝胶其相比未处理的炭气凝胶的抗氧化性能提高30％以上，在本发明中，是所述第一层涂层和第二层涂层的共同作用显著提高了炭气凝胶的抗氧化性能，制得了抗氧化性能优异的改性炭气凝胶。在炭气凝胶的表面单独制备第一层涂层或第二层涂层提高炭气凝胶的抗氧化性能不明显的原因是，虽然本发明制备的第一层涂层能够有效避免微米级的混合粉进入所述炭气凝胶的内部纳米结构中并且在一定程度上能够提高炭气凝胶的抗氧化性能，但其抗氧化性能需要所述第二层涂层增强；而在炭气凝胶的表面直接采用SiC涂层虽然可以提高炭气凝胶的抗氧化性能，但会存在两个问题： 1、表面涂层致密度有限，氧气容易通过涂层微观缺陷进入炭气凝胶内部，导致氧化；2、单纯的SiC涂层也会深入到炭气凝胶内部，导致密度增大，炭气凝胶内部一定的孔结构会被SiC填充，发生破坏；因而单独在炭气凝胶的表面直接制备第二层涂层，炭气凝胶的抗氧化性能提升不明显。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种提高炭气凝胶抗氧化性能的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)采用混合粉将炭气凝胶进行包埋并于惰性气氛保护下进行高温处理，在所述炭气凝胶的表面制备第一层涂层，所述混合粉包含以质量百分比计的硅粉55～85％、碳粉5～25％和氧化铝粉5～20％，所述硅粉、所述碳粉和所述氧化铝粉的粒径为300～500目；和
(2)以三氯甲基硅烷为反应气体，以氩气为载气并且以氢气和氩气为稀释气体，通过化学气相沉积法在步骤(1)制备的所述第一层涂层的基础上制备第二层涂层，由此在所述炭气凝胶的表面制得由所述第一层涂层和所述第二层涂层组成的梯度抗氧化涂层以提高炭气凝胶的抗氧化性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述混合粉还包含质量百分比为0～5％的二氧化硅粉，所述二氧化硅粉的粒径为300～500目。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述混合粉还包含质量百分比为0～5％的氧化硼粉，所述氧化硼粉的粒径为300～500目。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述混合粉由以质量百分比计的硅粉55～85％、碳粉5～20％和氧化铝粉5～15％、二氧化硅粉0～5％和氧化硼粉0～5％组成。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述高温处理的温度为1300～1600℃，所述高温处理的时间为30～60min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在通过化学气相沉积法在步骤(1)制备的所述第一层涂层的基础上制备所述第二层涂层的过程中，所述三氯甲基硅烷的流量为60～200g/h，所述氢气的流量为0.2～1.5m3/h，和/或所述氩气的流量为0.5～2m3/h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在步骤(2)中，化学气相沉积的温度为950～1100℃，化学气相沉积的时间为20～100h。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在步骤(2)中，通过鼓泡方式将三氯甲基硅烷带入化学气相沉积炉内以通过化学气相沉积法在步骤(1)制备的所述第一层涂层的基础上制备所述第二层涂层。
10.由权利要求1至9任一项所述的方法制得的改性炭气凝胶，其特征在于，所述改性炭气凝胶包含炭气凝胶和形成在所述炭气凝胶的表面的所述梯度抗氧化涂层。
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