节能减排是世界范围内的重要研究课题,使用高效隔热保温材料是节能减排的关键措施之一。以无定形氧化硅(Si O2)为代表的超级隔热材料由于具有优异的隔热保温性能,有望在工业领域的隔热保温工程中得到广泛使用,但材料的高制造成本及相对较低的强度成为该类材料应用的关键制约因素,研究氧化硅超级隔热材料的低成本化制造技术及增强技术具有重要的实际应用价值和社会意义。本文以气相纳米Si O2粉体为主要原料,采用干法压制工艺制备纳米Si O2隔热材料,系统研究了纳米Si O2隔热材料的气孔特征、隔热性能及力学性能,提出了高湿水蒸增强和采用红外屏蔽改善材料高温隔热性能的措施,实现了提高纳米Si O2隔热材料的强度和降低材料高温导热系数的目的,实验结果对于推动纳米Si O2隔热材料的市场化应用具有重要意义。论文的主要研究内容及研究结果如下:1、系统研究了纳米Si O2粉体在干法压制工艺过程中及在不同压力条件下的气孔尺度及分布特征。硬团聚内部的气孔(第一级孔洞)是粉体的本征气孔,其尺度及分布特征基本不受压力的影响;硬团聚体之间气孔(第二级孔洞)和软团聚体之间的气孔(第三级孔洞),随着压力的增加而逐渐减少甚至消失;随着第二级孔洞和第三级孔洞的减少,样品密度增加,总体气孔率降低;当成型压力超过4MPa时,隔热材料中的主要气孔的尺度为纳米级。2、系统研究了纳米Si O2隔热材料的隔热性能。随着成型压力的逐渐升高,隔热材料的常温导热系数先降低再升高,当成型压力为4MPa时,隔热材料的导热系数最低,常温导热系数为0.019 W/m·K;而隔热材料的导热系数随温度的升高而迅速升高,800℃下的导热系数达到0.2W/m·K;添加红外屏蔽剂是降低高温导热系数的有效手段,其种类、添加量影响红外屏蔽效果,碳化硅可以实现最佳屏蔽效果,添加25%质量分数粒径3.8μm的碳化硅样品,在800℃下的导热系数达到0.018W/m·K。3、系统研究了纳米Si O2隔热材料的增强技术及工艺,采用纤维增强和高湿水蒸工艺提高了隔热材料的力学性能。添加5%的石英纤维,可以将材料的压缩强度从0.5MPa提升到0.91MPa;提出了高湿水蒸的增强工艺方法,并对其增强机理进行了分析;在40℃相对湿度95%的环境中,当样品的吸湿率在25%左右时,样品的抗压强度提高到1.7MPa,而导热系数基本无变化;高湿水蒸过程中,水蒸气浸入样品的孔隙,在团聚体颗粒之间形成了小区域的硅溶胶,硅溶胶在干燥时发生失水缩聚反应,将多个团聚体颗粒连接在一起,从而提高了材料的力学性能;高湿水蒸工艺可以在较低温度下、在密闭简易空间内实施,高温、高压反而会造成材料的开裂。4、评价了隔热材料的高温稳定性。纳米Si O2隔热材料在800℃以下的重烧线收缩小于2%,超过800℃后,材料重烧线收缩增加,超过1000℃使用时,材料将会产生收缩开裂现象。