气凝胶拥有低密度和低导热系数等优点,但是强度低、脆性大,且因为气凝胶呈现半透明特性导致辐射传热高,不能直接使用,本文将碳泡沫和SiO₂气凝胶复合得到新型轻质隔热材料,拓展了在建筑节能,冷链运输,工业生产等领域应用。首先采用热失重分析和红外光谱扫描测试方法对在不同温度下热解的碳泡沫进行表征,对三聚氰胺泡沫热解机理进行分析。研究热解温度对碳泡沫的微观形貌、比表面积和孔径特征、压缩强度以及导热系数的影响,得到碳泡沫的最佳热解工艺。其次,重点研究碳泡沫/SiO₂气凝胶复合材料溶胶凝胶工艺和老化工艺,优化工艺参数。根据单因素对碳泡沫/SiO₂气凝胶复合材料凝胶时间和密度影响的研究,设计正交试验来讨论无水乙醇、去离子水、稀盐酸和氨水的含量对凝胶时间和导热系数的影响,得到溶胶-凝胶工艺的最优方案。设计了老化液成分、老化温度和老化时间三个单因素对碳泡沫/SiO₂气凝胶复合材料的密度和比表面积的影响,得到老化工艺的最优方案。最后,本文以最优工艺制备出的碳泡沫/SiO₂湿凝胶浸渍于三甲基氯硅烷含量为20%的正己烷溶液进行表面改性,常压干燥后得到碳泡沫/SiO₂气凝胶。结果表明,经三甲基氯硅烷改性后的碳泡沫/SiO₂气凝胶表面的羟基被Si-CH₃基团所取代,该基团呈现优异疏水特性,碳泡沫/SiO₂气凝胶复合材料疏水角为135°。碳泡沫/SiO₂气凝胶复合材料的最大压应力约为1.0Mpa,碳泡沫起到了骨架支撑作用。在室温下碳泡沫的导热系数为0.035 W/m·K,碳泡沫/SiO₂气凝胶复合材料的导热系数为0.024 W/m·K。在300℃时碳泡沫的导热系数为0.12 W/m·K,碳泡沫/SiO₂气凝胶复合材料为0.057 W/m·K。填充在碳泡沫泡孔中的气凝胶大大降低了复合材料的气态导热系数,碳泡沫充当遮光剂,大大降低了碳泡沫/SiO₂气凝胶复合材料的辐射热导率。