[發明專利]一種硅氧碳陶瓷制品及其制備方法

無效

• 申請號: 200810052108.X
• 申請日: 2008-01-18
• 公開（公告）號: CN101215156A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 李亞利;劉湘;侯峰;鄭洪雷;杜賀寶
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/14
• 分類號: C04B35/14;C04B35/63
• 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

本發明屬于陶瓷制備領域，特別是一種硅氧碳陶瓷件制品及其制備方法，具體是制備可應用于先進材料、電子、信息、傳感器、微機電系統、機械系統等相關領域所涉及的硅氧碳陶瓷件。

發明背景

硅氧碳陶瓷具有低密度、耐高溫、抗腐蝕、抗氧化、導電等優良性能，在高技術領域、化工、電子和機械加工等領域具有重要應用前景。硅氧碳陶瓷可由液相聚合物前驅體經交聯固化熱解形成，可對其進行液相鑄模成型，在制備復雜形狀的陶瓷體，特別是高精密成型體，和微小復雜陶瓷構件和微圖形方面具有獨特的優勢。制備高精密復雜形狀和微小陶瓷構件的主要方法有激光燒結法和注射成型法等，但都依賴陶瓷粉末燒結原理，成形質量和精度受陶瓷顆粒和粉末漿料黏度限制。制備微機電系統陶瓷構型和圖案主要基于氣相沉積和硅平面工藝，制備技術昂貴復雜，且難以得到三維陶瓷構型。

目前研究液相前驅體陶瓷高精度微小成型主要集中于液相硅氮烷制備硅碳氮陶瓷。Liew等采用液相有機硅氮烷前驅體制備出復雜微小陶瓷件。但有機硅氮烷價格高、結構和物態有局限性，對氧和水敏感，不宜處理；相比之下，有機硅氧烷廉價易得、化學結構和物態豐富，對氧和水都不敏感，可在空氣中處理。

控制模成型是制備高精度，復雜形狀陶瓷體的關鍵。要獲得高精度，復雜形狀的陶瓷前驅體成型體，需保證液相硅氧烷與模材料有良好的化學浸潤和熱匹配。

中國專利CN101074159A公開了一種液態聚硅氧烷合成致密硅氧碳陶瓷的方法，但不是制備復雜形狀硅氧碳陶瓷制品。

對液相有機硅烷陶瓷前驅體進行模成型和交聯固化成型是制備具有特定形狀硅碳氧陶瓷的關鍵。對液相有機硅烷陶瓷前驅體進行模成型，液相前驅體對模的潤濕程度直接影響著成型精度；同時，在對其交聯固化過程中，有機硅前驅體和模材料的熱膨脹也影響著成型質量。通常，對液相前驅體成型和交聯固化過程中，遇到成型固化陶瓷前驅體難以潤濕模材料，到達模材料的尖角部位，這嚴重影響了陶瓷前驅體的成型質量，尤其是在要求高成形精度和制備微小陶瓷件和圖案要求的高分辨率情況下，成為嚴重的障礙。同時，由于前驅體和模材料熱不匹配問題，模量的差異，導致固化的陶瓷前驅體開裂，影響制備成型陶瓷體。

依據不同化學結構和不同物態的硅氧烷間具有良好的親和性和熱膨脹的原理，以一種液相有機硅烷為陶瓷前驅體，而以另外一種固相有機硅氧烷為模材料，二者能夠良好潤濕，并有相似的熱膨脹，解決前驅體對模成型精度和避免成型體開裂的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硅氧碳陶瓷件制品及其制備方法，該制備方法可以精確制備出復雜形狀硅氧碳陶瓷，特別是制備微小硅氧碳陶瓷件和圖案的方法。同時，本發明提供了一種通過轉移形狀和圖案精確制備出具有這些形狀和圖案的硅碳氧陶瓷。

本發明是以一種有機硅氧烷為陶瓷前驅體，以另一種有機硅氧烷模材料前驅體為成型模，對有機硅氧烷陶瓷前驅體成型，經交聯、固化和熱解制備出成型的硅氧碳陶瓷件。同時，本發明以有機硅烷模材料前驅體復制構件或圖案形狀，以該固化有機硅氧烷模材料前驅體為模板對有機硅氧烷陶瓷前驅體成型，經交聯固化和熱解精確制備出具有該形狀和圖案的硅氧碳陶瓷。

所述的有機硅氧烷陶瓷前驅體為含Si-O主鏈或骨架結構的有機聚合物，在600℃以上加熱，熱解陶瓷產率在50％以上的有機硅前驅體，最佳為60％以上；

所述的有機硅氧烷陶瓷前驅體為單相或多相混合。

所述的有機硅氧烷陶瓷前驅體是聚甲基氫硅氧烷與四甲基四乙烯基環四硅氧烷的混合或聚甲基氫硅氧烷與聚二甲基硅氧烷的混合。

所述的有機硅氧烷陶瓷前驅體添加鐵粉、鈦粉、硝酸鐵Si、SiC納米粉或含金屬其他有機或無機物添加劑。

所述的有機硅烷模材料前驅體為一種組分為每分子含有至少兩個鏈烯基的聚硅氧烷；另一種組分為每分子含有至少兩個鍵合到相同硅原子或不同硅原子上的氫原子的聚有機氫硅氧烷，其質量比2～10∶1。

所述的硅氧碳陶瓷件制品，其特征在于所述的有機硅氧烷模材料前驅體是乙烯基封端聚二甲基硅氧烷和聚甲基氫硅氧烷。

本發明提供的一種硅氧碳陶瓷件制品的制備方法包括的步驟：

1)將有機硅氧烷模材料前驅體混合，以金屬或塑料為制品母件，按通常方法將二者結合制得固化有機硅氧烷模材料的制品母件負模。

2)將有機硅氧烷陶瓷前驅體澆入預制的固相硅氧烷模中，加或不加催化劑與光引發劑。

3)采用加熱、光照或靜置誘發交聯，對有機硅氧烷陶瓷前驅體進行固化成型。

4)對固化成型硅氧烷陶瓷前驅體在500-1500℃熱解，得到制品的陶瓷件。