气凝胶是一种超级隔热材料,在工业、航空航天等领域有着广泛应用,然而,SiO₂气凝胶的最高使用温度为800 ^oC,纯ZrO₂气凝胶的高温稳定性并不理想,与单元气凝胶相比,ZrO₂-SiO₂气凝胶在高温稳定性和化学稳定性上有较好优势。然而ZrO₂-SiO₂气凝胶仍存在高温下比表面积损失严重、烧结收缩率高等问题,限制了其实际应用。本实验以ZrOCl₂·8H₂O和TEOS为前驱体,采用预水解法制备了ZrO₂-SiO₂气凝胶,采用溶剂热老化和离子改性提高ZrO₂-SiO₂气凝胶的高温稳定性。研究发现,老化液pH值变化对ZrO₂-SiO₂气凝胶微观结构影响很大,酸性条件下老化的ZrO₂-SiO₂气凝胶骨架粒子团聚较少,比表面积较大,孔体积较小,碱性条件下老化的ZrO₂-SiO₂气凝胶骨架粒子团聚较多,比表面积较低,孔体积较大;老化温度提高后,ZrO₂-SiO₂气凝胶的比表面积降低,孔体积减小。这是因为老化温度提高后,凝胶粒子的水解缩聚作用增强,奥斯瓦尔德熟化速率提高,促进了骨架的重排和均一,影响了气凝胶的微观结构。本实验采用Al³⁺改性Zr O₂-SiO₂气凝胶,研究了离子取代的浓度和温度对ZrO₂-SiO₂气凝胶高温稳定性的影响,得出结论:离子浓度为0.5 mol/L、改性温度为170 ^oC时,高温稳定性最好。这是因为Al³⁺取代了表面羟基,抑制了氧化锆在高温下的烧结收缩,对高温下粒子的迁移起到钉扎作用,有效提高了ZrO₂-SiO₂气凝胶高温稳定性。