[發明專利]一種Si/Zr/C復相陶瓷材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710913241.9
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107721428A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 周權;倪禮忠;劉帥帥;彭崢強;盧丹
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/571;C04B35/622
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技術領域

本發明屬于高性能樹脂基陶瓷前驅體制備技術領域，特別涉及一種Si/Zr/C復相陶瓷材料的制備及前驅體的合成方法。

背景技術

含Zr有機前驅體樹脂在高溫下可以陶瓷化形成ZrO₂、ZrC覆蓋在材料表面，因ZrO₂、ZrC具有高強度、高熔點、高硬度、高溫穩定性、高導電率和抗腐蝕等優異的性能，成為高溫結構應用的潛在候選材料。目前，含Zr、C等元素的有機前驅體樹脂已成為研究熱點，可以適用于制備耐高溫聚合物的基體、陶瓷化前驅體、耐燒蝕材料等。

SiC作為基體具有耐高溫、硬度大、強度高、高溫性能優異的優點，同時其高溫氧化后在材料表面形成一層SiO₂薄膜，能夠避免氧化性氣體與復合材料直接接觸，從而達到提高復合材料抗氧化性能的目的。而研究表明，含有硅鋯的復相陶瓷材料，能夠發揮ZrC、SiC、以及ZrO₂的性能優勢，在耐高溫材料領域可望得到廣泛應用。

本發明采用直接共混法將一種在固化過程中可以發生Diels-Alder反應和Si-H加成反應的硅炔樹脂PTSA，以及一種溶解性良好、鋯含量較高的含鋯前驅體ZNP，利用兩者在有機溶劑中優異的溶解性，制備鋯硅均相前驅體，經過熱處理后得到Si/Zr/C復相陶瓷材料，其較高的陶瓷轉化率和鋯含量，有望在耐燒蝕材料的研究領域得到進一步發展。

發明內容

將鋯元素引入含硅聚合物中制備Si/Zr/C復相陶瓷材料，可以很大程度提高材料的耐燒蝕性能。本發明利用實驗室已合成的硅炔樹脂PTSA作為硅源，以溶解性良好的含鋯聚合物ZNP作為鋯源，利用兩者的良好溶解性，以質量比1:2、1:1、2:1共混得到鋯硅均相前驅體ZPS。將其置于高純氬氣氛下1600~1800℃熱處理3~5h，即得到Si/Zr/C復相陶瓷材料。

本發明采用了一種含鋯聚合物ZNP，其具有良好的溶解性和較高的鋯含量，其結構見說明書附圖圖1。

本發明所述硅炔樹脂PTSA為一類分子主鏈結構中含有C≡C和Si-H基團的雜化聚合物，其固化發生交聯可以變為三維網狀結構，其結構式見說明書附圖圖2。

本發明另一目的是制備Si/Zr/C復相陶瓷材料，其特征如下:

（1）將ZNP與PTSA分別溶解于甲苯中，將兩者以不同的質量比共混，得到澄清透明溶液，旋蒸除溶劑后即得ZPS。

（2）氬氣保護下，1600~1800℃保溫3~5h，得到Si/Zr/C復相陶瓷。

（3）該鋯硅前驅體具有較高的陶瓷轉化率，且復相陶瓷中鋯硅含量較高。

本發明通過將鋯元素引入到主鏈含有大量C≡C和Si-H基團的硅炔樹脂中，利用它們的良好溶解性，通過物理共混即可得到均一體系，操作方便，比例易于控制；另外該前驅體在很好保留了硅炔樹脂性能的基礎上，又能發揮鋯元素的耐燒蝕優勢，具備良好的陶瓷化性能，有助于實現Si/Zr/C復相陶瓷材料在耐高溫燒蝕領域的廣泛應用。

具體實施方式：

結合實施例對該復相陶瓷的制備方法進行進一步說明，但其并不限制本發明的保護范圍：

實施例1：

取1gZNP和1gPTSA分別溶解于甲苯中，共混得到淡黃色澄清溶液，60℃下旋蒸除溶劑，得蠟狀固體ZPS。將其置于高純氬氣氛保護下的管式爐內，按照5℃/min的升溫速率升至1600℃，保溫3h。即得復相陶瓷。陶瓷轉化率為75.98%，鋯、硅質量含量分別為39.81%和42.05%。

實施例2：

取2gZNP和1gPTSA分別溶解于甲苯中，共混得到淡黃色澄清溶液，60℃下旋蒸除溶劑，得蠟狀固體ZPS。將其置于高純氬氣氛保護下的管式爐內，按照5℃/min的升溫速率升至1800℃，保溫3h。即得復相陶瓷。陶瓷轉化率為74.60%，鋯、硅質量含量分別為52.01%和28.65%。

實施例3：

取1gZNP和2gPTSA分別溶解于甲苯中，共混得到淡黃色澄清溶液，60℃下旋蒸除溶劑，得蠟狀固體ZPS。將其置于高純氬氣氛保護下的管式爐內，按照5℃/min的升溫速率升至1800℃，保溫5h。即得復相陶瓷。陶瓷轉化率為74.83%，鋯、硅質量含量分別為28.39%和48.68%。

綜上所述可見，本發明提供的Si/Zr/C復相陶瓷材料的制備方法，操作簡單況且鋯硅比例可調，其良好的互溶性有助于該復相陶瓷材料在耐燒蝕領域的應用。