[發明專利]一種熱裂解硅膠和無機填料復合物制備高強韌陶瓷材料的方法

有效

• 申請號: 201910773266.2
• 申請日: 2019-08-21
• 公開（公告）號: CN110436896B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 賀祖章;張燕萍;趙志國
• 申請（專利權）人: 上海利物盛企業集團有限公司
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/565;C04B35/583;C04B35/622;C04B35/626
• 代理公司: 上海申浩律師事務所 31280
• 代理人: 呂琳琳

本發明提供一種熱裂解硅膠和無機填料復合物制備高強韌陶瓷材料的方法，屬無機復合材料領域。其步驟為：(1)無機填料的配合和表面處理；(2)液體硅橡膠與經過配合和表面處理好的無機填料的均勻分散混合；(3)混合好的硅膠?無機填料復合物的低溫熱壓硫化；(4)硫化完成后的硅膠?無機填料復合物的初步熱壓裂解；(5)高溫條件下初步熱壓裂解的硅膠?無機填料復合物的進一步的陶瓷化燒結，最終得到高強韌的陶瓷材料產品。

技術領域

本發明提供了一種熱裂解硅膠-無機填料復合物制備高強韌陶瓷材料的方法，涉及到了有機高分子材料與無機材料的復合方法，以該方法結合陶瓷材料的成型工藝和高溫燒結工藝制備出了一種高強韌的陶瓷材料，屬無機復合材料領域。

背景技術

陶瓷材料是我國歷史悠久，品類繁多的一類無機非金屬材料，進入新世紀以來，先進結構陶瓷材料已成為現代高新技術、新興產業和傳統工業技術改造提升的物質基礎；機械陶瓷、熱機陶瓷、生物化工陶瓷、傳感器材料陶瓷、核陶瓷等等，在科技技術不斷進步的今天也出現了各種各樣的制備合成方法，針對不同類型陶瓷的成型加工進行優化改進結構設計是研究人員永遠的課題。

熱裂解有機物前驅體制備多功能型陶瓷是近年來迅速發展起來的一種制備新型陶瓷材料的方法，該方法打破了陶瓷材料是由無機非金屬粉體經球磨-濕法制坯-陳化干燥-高溫燒結的傳統流程觀念，使陶瓷材料的結構和性能從原子或分子的層面進行設計控制。利用含有陶瓷元素的有機物前驅體，如：聚硅烷、聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚硼硅氮烷、有機鋁化合物或其他有機金屬化合物等，經高溫條件去除-H、-CH₃、-OH、-NH₂等有機基團，形成無機陶瓷材料。該方法的最大優勢是可以通過對前驅體聚合物進行分子結構的設計和對熱處理工藝的優化來調控陶瓷產物的化學成分、結構組成，進而獲得所期望的陶瓷材料。但是該方法也有很明顯的不足之處，比如：在高溫裂解有機物前驅體去除有機基團的過程中，會產生大量的H₂O、CO₂和其他有機氣體，這些氣體就會造成陶瓷材料的鼓泡、開裂、預應力集中、強度韌性差等問題，而目前解決這些問題的方案通常是添加各種燒結助劑，引入大量其它雜質相，及外加很苛刻的溫度和壓力條件，但是這些方法或多或少存在各種問題。

陶瓷材料的固有弱點：自身脆性大，不耐沖擊，易碎，切削磨削加工難度大、精度低，異型或復雜的精密構件成型難，對模具要求也高。近年來針對這些弱點，研究人員提出了很多可能的改善的方案，如多相復合增韌、晶須強化增韌、碳纖維-碳納米管增韌、納米陶瓷復合強化等措施來改善陶瓷材料的脆性和耐沖擊的問題；針對異型復雜結構件的成型難提出了一些新型的成型方法：壓濾成型法、直接凝固注模成型法、電泳沉積成型法、離心沉積成型法、固體無模成型法(包括FDC技術、IJP技術、3DP技術、LOM技術、SL技術)等，這些成型方法也起到了很好的改進作用。當然新技術的應用也帶來了新問題，新技術設備的高成本、批量生產加工的效率問題等、高精密產品尺寸一致性和性能的穩定性問題等；這些問題都有待制備方法的創新和科學技術的進步來解決。

發明內容

本發明針對異型復雜陶瓷結構件成型難、加工要求高的問題，提供一種熱裂解硅膠和無機填料復合物制備高強韌陶瓷材料的方法，使用少量的可硫化液體雙組份加成型硅橡膠作為“塑化劑”，與無機填料復合物在一定條件下機械混合均勻，制備出具有良好“塑化”性的坯體料，坯體料加入到特定形狀的模具中，熱壓鑄成型即可得到結構異型復雜，可輕松打磨修整的原始坯體件；或者直接大片或塊狀熱壓鑄成型制坯后，再在制好的坯體片或坯體塊上數控加工結構異型復雜的構件。再就是后續的熱壓裂解坯體構件中的“塑化劑”，去除該液體雙組份加成型硅橡膠中-H、-CH_X等基團，高溫燒結后“塑化劑”殘留物直接成為該陶瓷結構件的組成相，由于該“塑化劑”分子是均勻包覆在無機填料復合物粉體顆粒表面，高溫燒結過程中，它起到了固體粘結劑的作用，很好的將復合物填料中的氣孔擠占出去，使復合物粉體填料顆粒之間更容易聚集形成晶界，起到了增強韌化的作用。

本發明的技術方案是：一種熱裂解硅膠和無機填料復合物制備高強韌陶瓷材料的方法，其特征在于：包含如下步驟：