[發明專利]碳納米管增韌SiBCN(O)金屬基陶瓷涂層及其制法

有效

• 申請號: 201710839455.6
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107540399B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 王斌;馮穎
• 申請（專利權）人: 中科院廣州化學有限公司南雄材料生產基地;中科院廣州化學有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 44245 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 郭煒綿;裘暉

本發明公開了一種碳納米管增韌的SiBCN(O)金屬基陶瓷涂層及其制備方法，該制備方法包括以下步驟：乙烯基氯硅烷和苯基氯硅烷被氨氣氨解后反應1～3h；蒸除溶劑后得到液態聚硅氮烷，滴加硼烷二甲基硫醚繼續反應，得到聚硼硅氮烷；將碳納米管溶液滴加入聚硼硅氮烷溶液中，攪拌得到聚合物漿料；漿料涂敷在基底表面，高溫下裂解得到SiBCN(O)金屬基陶瓷涂層。本發明碳納米管增韌的SiBCN(O)金屬基陶瓷涂層以乙烯基氯硅烷、苯基氯硅烷和硼烷二甲基硫醚合成的聚硼硅氮烷為原料，并添加碳納米管制得漿料，浸漬涂敷后高溫裂解得到耐高溫、耐腐蝕的陶瓷涂層。本發明的工藝操作簡單，燒結溫度低，降低了能耗、節約了成本。

技術領域

本發明涉及一種碳納米管增韌的SiBCN(O)金屬基陶瓷涂層及其制備方法。

背景技術

每年，因金屬腐蝕會造成經濟損失巨大，陶瓷涂層因其良好的耐磨性、耐腐蝕性、硬度高、耐高溫等特點一直被作為保護涂層。但傳統的陶瓷涂層制備方法如CVD、PVD、溶膠-凝膠法、熱噴涂等都需要大型的機械設備，能耗大，成本也較高。近年來，用裂解陶瓷前驅體聚合物得到制備涂層的方法被廣泛關注。

SiBCN陶瓷具有良好的高溫穩定性、抗氧化性以及適合的機械強度，并與多種無機纖維增強體、陶瓷基體具有良好的化學相容性。研究表明，這種四元體系陶瓷可以形成湍流狀的BN以阻礙原子的擴散，從而減緩相關的降解反應，其抗氧化性能優于Si₃N₄、SiC。

用裂解前驅體的的方法在金屬基底制備的陶瓷涂層，在與金屬基底表面結合方面有很強的優勢，且金屬表面不需要預氧化，涂層的固化過程可以在較低的溫度下，得到的涂層可塑性好，可設計微觀結構和性質，并可以抵擋極端的腐蝕及高溫環境。然而，熱解過程會發生體積收縮，涂層會產生裂紋及局部分層，并且在一些應用領域中涂層太薄，韌性較差。

發明內容

為了避免現有技術的不足，本發明的首要目的在于提供一種碳納米管增韌的SiBCN(O)金屬基陶瓷涂層的制備方法，該方法用浸漬裂解前驅體法解決了現有技術中存在的工藝復雜、制作成本高、韌性差的問題，提高了陶瓷涂層的致密性，節約了成本，降低了能耗。此外，通過添加碳納米管增強了其韌性，并賦予涂層一些特殊的性質。

本發明的另一目的在于提供由上述方法制得的陶瓷涂層。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種SiBCN(O)金屬基陶瓷涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備聚硼硅氮烷

以無水四氫呋喃為溶劑，加入乙烯基氯硅烷和苯基氯硅烷，在0～10℃下通入高純氨氣(99.9999％)氨解2～8h后，繼續在惰性氣體下反應1～3h；減壓蒸餾除去溶劑，得到粘性的液態聚硅氮烷；然后在0～10℃下緩慢滴加硼烷二甲基硫醚的甲苯溶液，滴加完后升溫至室溫，反應12～48h，減壓蒸餾得到聚硼硅氮烷；以上操作均在惰性氣體的保護下進行；

所述的乙烯基氯硅烷與苯基氯硅烷的摩爾比為9:1；

步驟(1)中，添加硼烷二甲基硫醚后，反應體系中Si與B的摩爾為3:1；

所述的乙烯基氯硅烷是甲基乙烯基二氯硅烷、二甲基乙烯基氯硅烷或乙烯基三氯硅烷中的一種以上；

所述的苯基氯硅烷優選甲基苯基二氯硅烷；

(2)制備聚合物漿料

分別以無水乙醇為溶劑，加入聚硼硅氮烷和碳納米管，碳納米管的用量為聚硼硅氮烷質量的0.1～1％，超聲分散20～60min；然后在惰性氣體保護下，將碳納米管溶液邊攪拌邊緩慢滴加入聚硼硅氮烷溶液中，攪拌速度為100～400rpm，繼續攪拌12～36h，得到聚合物漿料；

所述的惰性氣體優選N₂或Ar；