[發明專利]SiOCN陶瓷的制備方法

有效

• 申請號: 200910072021.3
• 申請日: 2009-05-13
• 公開（公告）號: CN101550012A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 溫廣武;白宏偉;黃小蕭;韓兆祥;張曉東;鐘博
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/515
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 榮 玲

技術領域

本發明屬于陶瓷制備領域，具體涉及一種SiOCN陶瓷的制備方法。

背景技術

當石英玻璃體系中的二價O被四價C或三價N替代時，其分子結構更加穩定， 材料的高溫性能和力學性能將會得到改善。但是通過傳統的高溫燒結方法很難使C 或N連接到Si-O體系中，而通過先驅體轉化法在1000℃左右就能實現。通過對先驅 體法制備的Si-O-C和Si-C-N體系材料的大量研究發現，這些材料表現出優異的力學、 化學、高溫性能。SiOCN體系材料由于結合這兩類材料的優點而成為一個新興的研 究熱點。現有報道中合成SiOCN體系材料多采用聚硅氮烷經氧化處理得到，這種方 法很難控制引入的O含量，同時容易造成材料的分相，而影響SiOCN材料的性能， 該法成分不易控，制備工藝復雜；另外一種合成SiOCN材料的方法是利用小分子的 硅烷和氨(胺)類原料通過CVD法制備，但是這種方法多用于制備薄膜，且制作過程 需要在高溫高壓下進行，該法成本較高。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有SiOCN材料的制備方法存在的成分不易控、制備 工藝復雜及成本高問題，而提供了一種SiOCN陶瓷的制備方法。

本發明SiOCN陶瓷的制備方法按照以下步驟進行：一、含硅氫鍵的化合物與烯 丙胺按照Si-H/C＝C的摩爾比為0.5～16的比例混合，再加入鉑催化劑混合均勻得到混 合物，其中鉑催化劑的用量是Pt元素質量為混合物質量的0.0005％～0.020％；二、將 步驟一中的混合物在100℃～200℃的條件下保溫3～15小時得到SiOCN先驅體；三、 SiOCN先驅體在氣氛保護條件下在管式爐中以1～20℃/min的加熱速度升溫到 900～1400℃并保溫0.5～2h，然后隨爐冷卻，即制備得到SiOCN陶瓷。

本發明SiOCN陶瓷的制備方法中含硅氫鍵的化合物為含氫硅氧烷或含氫聚硅氧 烷，其中含氫硅氧烷為四甲基環四硅氧烷或四甲基二氫硅氧烷；含氫聚硅氧烷為含 氫甲基硅油或聚甲基氫硅氧烷。

本發明方法制備SiOCN陶瓷通過對原料配比的調節實現對材料成分的控制，所 得先驅體成分均一，且所用的含氫硅氧烷、含氫聚硅氧烷和烯丙胺為商品化產品， 成本低廉，本發明方法制備SiOCN陶瓷的成本低，本發明的制備不需要在高溫高壓 下進行，耗能低，且本發明制備方法中成分易控，制備工藝簡單；本發明方法制備 過程中SiOCN先驅體通過差熱-熱重分析法進行檢測，檢測結果顯示SiOCN先驅體 在1000℃條件下裂解的陶瓷產率在60～95％之間，陶瓷產率高，可提高SiOCN陶瓷 的性能；本發明制備得到的SiOCN陶瓷在1500℃的惰性氣體環境下熱處理2h沒有 質量變化，而在1600℃的惰性氣體環境下熱處理2h，其質量損失僅為1％～2％，本 發明制備得到的SiOCN陶瓷高溫性能好，可在1400℃以上的條件下使用，應用范圍 廣。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間 的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式SiOCN陶瓷的制備方法按照以下步驟進行：一、 含硅氫鍵的化合物與烯丙胺按照Si-H/C＝C的摩爾比為0.5～16的比例混合，再加入鉑 催化劑混合均勻得到混合物，其中鉑催化劑的用量是Pt元素質量為混合物質量的 0.0005％～0.020％；二、將步驟一中的混合物在100℃～200℃的條件下保溫3～15小時 得到SiOCN先驅體；三、SiOCN先驅體在氣氛保護條件下在管式爐中以1～20℃/min 的加熱速度升溫到900～1400℃并保溫0.5～2h，然后隨爐冷卻，即制備得到SiOCN陶 瓷。

本實施方式步驟一中Si-H為含硅氫鍵的化合物的活性基團；烯丙胺的分子式為 CH₂＝CHCH₂NH₂。

本實施方式制備得到的SiOCN陶瓷高溫穩定性優越，可在1400℃以上的條件下 使用。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟一中含硅氫鍵的 化合物與烯丙胺按照Si-H/C＝C的摩爾比為1～13的范圍混合。其他步驟及參數與具 體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是含氫硅氧烷為四 甲基環四硅氧烷或四甲基二氫硅氧烷。其他步驟及參數與具體實施方式一或二相同。