[發明專利]一種非晶SiOC陶瓷粉體的制備方法

有效

• 申請號: 201410494091.9
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104291791A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 王紅潔;馬明波;牛敏;夏鴻雁;史忠旗
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/01
• 分類號: C04B35/01;C04B35/626
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，涉及一種陶瓷粉體的制備方法，具體涉及一種非晶SiOC陶瓷粉體的制備方法。

背景技術

由于非晶SiOC陶瓷具有優秀的機械性能、抗氧化性能和抗高溫蠕變性能，是一種優異的輕質、耐高溫結構材料，以它為基體的復合材料受到廣泛關注和深入研究，其在航空、航天、汽車、機械、石化和電子等行業具有廣泛的應用。

目前，制備非晶SiOC陶瓷粉體的常用方法有兩種：一種為激光氣溶膠噴霧熱解法。如法國利用小分子的硅醚和小分子的硅烷通過激光氣溶膠熱解法制備出了純度較高且顆粒超細(20nm-30nm)的非晶SiOC陶瓷粉體。但是這種方法陶瓷轉化產率低(19％～47％)、生產效率低(8g/h～27g/h)，而且所用原料小分子硅醚和硅烷的成本高，對設備的要求也較高，不適合規模化生產和商業化生產。另一種是高能球磨法，是以SiO₂粉和C粉為原料通過長時間的高能球磨，使碳元素固溶到SiO₂分子結構中，從而制備出非晶SiOC陶瓷粉體。但通過這樣方法所制備的非晶SiOC陶瓷粉體的純度較低，含有大量殘余的SiO₂粉和未固溶的C粉，并且產率低。因此，采用上述方法也不易實現工業化應用。

目前，尚未有關于制備不同元素含量、不同粒度分布的高純非晶SiOC陶瓷粉體方面的相關報道。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種非晶SiOC陶瓷粉體的制備方法，該方法制備工藝簡單、易操作，對設備要求低，且元素含量可調、粉體粒度分布可控、抗結晶溫度高。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種非晶SiOC陶瓷粉體的制備方法，包括以下步驟：

1)將先驅體聚合物進行低溫交聯固化，再將交聯固化后的產物破碎、過篩，得到先驅體顆粒；其中，所述先驅體聚合物為線型聚碳硅烷或線型聚碳硅烷與線型聚硅氧烷的混合物；

2)將先驅體顆粒進行高溫熱解反應，得到粒徑為60μm-2mm的顆粒形貌不規則的熱解陶瓷顆粒；

3)將熱解陶瓷顆粒經球磨，制得非晶SiOC陶瓷粉體。

所述的線型聚碳硅烷中氧的質量分數為10～11％，線型聚碳硅烷的主鏈為Si-CH₂-Si，且主鏈中Si同時和CH₃基團和H基團相連；線型聚硅氧烷的主鏈為Si-O-Si，且主鏈中Si同時和CH₃基團和H基團相連，平均相對分子量為1700～3200。

所述先驅體聚合物為線型聚碳硅烷與線型聚硅氧烷的混合物時，線型聚碳硅烷與線型聚硅氧烷的質量比為(90～40)：(10～60)，低溫交聯固化前需要將線型聚碳硅烷和線型聚硅氧烷充分攪拌均勻，攪拌時間為15～60min。

步驟1)所述的低溫交聯固化是在N₂或Ar保護下，從室溫起，以1～10℃/min的升溫速率，升溫至180～210℃下，保溫交聯固化反應1～2h。

步驟1)所述的破碎、過篩是將交聯固化后的產物粉碎后過40～60目篩網。

步驟2)所述的高溫熱解反應是在N₂或Ar保護下，從室溫起，以1～10℃/min的升溫速率，升溫至850～1350℃，保溫0.5～1.5h后，冷卻至室溫；

且是將先驅體顆粒置于管式爐中進行高溫熱解反應。

步驟3)所述的機械球磨是將熱解陶瓷顆粒置于瑪瑙球磨罐中，以蒸餾水為分散劑進行機械球磨；

機械球磨時，蒸餾水、熱解陶瓷顆粒和磨球的體積比為1:1：(1～3)。

所述機械球磨所采用的球磨機的轉速為300～542r/min，球磨時間為10～30h。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

本發明將先驅體聚合物轉化法和機械球磨粉碎法相結合，采用兩種不同成分的含Si聚合物先驅體為原料，制備非晶SiOC陶瓷粉體。利用該方法制備的SiOC陶瓷粉體具有Si、O、C元素含量、粉體粒徑和結晶溫度可控的優點，能夠方便的解決原料成本高、設備要求高，制得的非晶SiOC陶瓷粉體產率低、不純凈等問題，同時，該方法具有制備工藝簡單，適合工業化生產的優點。

1、利用本發明制備的非晶SiOC陶瓷粉體，粒度為70nm～500nm，具有元素含量(Si、O、C)可調、抗結晶溫度高、粉體粒度分布大小可控的優點，可用于制備致密SiOC陶瓷及其復合材料。