[發明專利]無氧溶膠－凝膠反應制備多孔碳氮化硅的方法

無效

• 申請號: 200710057495.1
• 申請日: 2007-05-30
• 公開（公告）號: CN101054309A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 李亞利;謝皎;侯峰;安海嬌
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B38/00;C04B35/58
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司
• 代理人: 趙敬

????????????????????????技術領域

本發明涉及一種采用混合氯硅烷與亞酰胺通過無氧溶膠-凝膠反應制備多孔碳氮化硅的方法，屬于陶瓷制備技術領域。

????????????????????????背景技術

多孔陶瓷在金屬冶煉、石油化工、分子篩、化學吸附、污水處理、鋰離子電池和光電子器件等眾多領域有廣泛的應用。傳統的多孔陶瓷為氧化物基合成陶瓷或礦物材料，其制備方法局限于模板法。但氧化物陶瓷耐高溫(＜1000℃)性、抗氧化能力和抗化學腐蝕能力都很有限，不能滿足超高溫強腐蝕的極端惡劣環境下使用材料的要求。由于模板的存在，很難制備出高氣孔率(＞90％)的陶瓷，這大大的限制了它的應用領域。碳氮化硅具有超強的耐高溫性(1600～2000℃)、抗氧化性和耐化學腐蝕性能、高溫抗蠕變(高溫幾乎無蠕變)等優異特性，是極端惡劣環境使用的理想材料。當前，僅有國外少數幾個研究人員通過硬模板法采用聚硅烷制備出多孔碳氮化硅陶瓷，其氣孔率和孔徑都在很大程度上依賴于模板，還未制備出氣孔率超過80％的多孔碳氮化硅陶瓷，并且還需要進行復雜的去模板過程。

????????????????????????發明內容

本發明的目的在于提供一種采用混合氯硅烷與亞酰胺通過無氧溶膠-凝膠反應制備多孔碳氮化硅的方法。此方法避免了復雜的去模板過程，制備的多孔碳氮化硅陶瓷具有高的氣孔率達92％。

為達到上述目的，本發明是通過下述技術方案加以實現的：一種通過無氧溶膠-凝膠反應制備多孔碳氮化硅的方法。其特征在于包括以下具體過程：將三氯氫硅烷、三氯甲基硅烷、三氯乙烯硅烷和三氯苯基硅烷其中的一種與二甲基二氯硅烷、二氯甲基氫硅烷、二乙烯基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、二氯乙烯基氫硅烷、甲基苯基二氯硅烷和乙烯基苯基二氯硅烷其中的一種，按摩爾比1∶20～20∶1混合。將混合后的氯硅烷與三甲基硅基碳化二亞酰胺、三乙烯基硅基碳化二亞酰胺或三苯基硅基碳化二亞酰胺按摩爾比12∶1～1∶12混合，在10～150℃下氬氣、氮氣或它們的混合氣氛中反應形成凝膠，將凝膠在50～250℃下干燥，所得干凝膠在500～2000℃下熱裂解，升溫速率1～100℃/min，保溫時間1～20h，降溫速率1～100℃/min，直接形成孔徑為0.01～100μm的多孔碳氮化硅陶瓷。

上述三氯氫硅烷、三氯甲基硅烷、三氯乙烯硅烷或三氯苯基硅烷與二甲基二氯硅烷、二氯甲基氫硅烷、二乙烯基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、二氯乙烯基氫硅烷、甲基苯基二氯硅烷或乙烯基苯基二氯硅烷的摩爾比5∶1～1∶2；混合氯硅烷與三甲基硅基碳化二亞酰胺、三乙烯基硅基碳化二亞酰胺或三苯基硅基碳化二亞酰胺按摩爾比5∶1～1∶3。

本發明的優點在于與傳統的方法相比，本方法不通過模板直接制備出孔徑為0.01～100μm、氣孔率92％多孔碳氮化硅陶瓷，過程中孔徑大小和氣孔率均可控的。所制得的多孔碳氮化硅陶瓷具有優良的耐高溫、抗氧化性和耐化學腐蝕性能，在高效吸附、先進催化、光電子器件、能源高技術領域具有廣泛的應用。另外，本技術還可以拓展為其他體系制備多孔陶瓷。

????????????????????????附圖說明

圖1：為本發明實施例一制得多孔碳氮化硅陶瓷的SEM照片。

圖2：為本發明實施例二制得多孔碳氮化硅陶瓷的SEM照片。

圖3：為本發明實施例三制得多孔碳氮化硅陶瓷的SEM照片。

圖4：為本發明實施例四制得多孔碳氮化硅陶瓷的SEM照片。

?????????????????????具體實施方式

實施例一：在35℃下氬氣氣氛中，將1ml二甲基二氯硅烷和0.07ml三氯氫硅烷與1.41ml三甲基硅基碳化二亞酰胺混合反應形成凝膠，將凝膠在150℃下干燥，所得干凝膠在1200℃下熱裂解，升溫速率5℃/min，保溫時間2h，降溫速率5℃/min，降至20℃。制得平均孔徑2.5μm、氣孔率13.8％的多孔碳氮化硅陶瓷。

實施例二：在35℃下氮氣氣氛中，將1ml二苯基二氯硅烷和0.14ml三氯甲基硅烷與2.5ml三甲基硅基碳化二亞酰胺混合反應形成凝膠，將凝膠在150℃下干燥，所得干凝膠在1200℃下熱裂解，升溫速率5℃/min，保溫時間2h，降溫速率5℃/min，降至20℃。制得平均孔徑1μm、氣孔率26％多孔碳氮化硅陶瓷。如圖1所示。