[發明專利]POSS功能化的氧化鋁陶瓷前驅體及其制備方法

在審

• 申請號: 202010428759.5
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111574718A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 馬小民;張春蘇;李富萍;陳衛東;張迎鋒;吳南春
• 申請（專利權）人: 國裝新材料技術（江蘇）有限公司
• 主分類號: C08G77/398
• 分類號: C08G77/398;D01F9/08;C04B35/10;C04B35/626
• 代理公司: 北京庚致知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11807
• 代理人: 李偉波;韓德凱

本發明公開了一種POSS功能化的氧化鋁陶瓷前驅體及其制備方法。該復合前驅體的制備方法包括：將帶有功能基團的POSS單體與鋁源在有機溶液中混合，加入一定量的催化劑，攪拌反應一定時間后，除去有機溶劑即可制備得到POSS功能化的氧化鋁陶瓷前驅體。該氧化鋁陶瓷前驅體可與多種有機溶劑互溶得到氧化鋁陶瓷前驅體溶液，通過前驅體質量分數的調節可控制溶液的黏度在100?1000mpa·s，可用浸漬法制備POSS增強氧化鋁陶瓷纖維，也可通過溶膠?凝膠轉變制備POSS增強的氧化鋁陶瓷纖維，克服了傳統方法工藝性差的缺點，有利于獲得耐高溫連續陶瓷長纖維。

技術領域

本發明屬于陶瓷前驅體領域，尤其涉及一種POSS改性的氧化鋁陶瓷前驅體及其制備方法。

背景技術

POSS是籠型聚倍半硅氧烷，是一類新型的有機物及雜化化合物，具有優良的抗原子氧化性能。POSS分子尺寸為1～3納米，按照活性官能團數目可分為多官能團POSS和單官能團POSS。從結構上看，POSS由Si-O交替的骨架組成籠狀內殼，能抑制復合組分的分子鏈運動而賦予雜化材料優異的熱穩定性、力學性能和阻燃性。另一方面POSS尺寸小，具備小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應，而外部的活性基團又能夠與多種基團反應，利于POSS在雜化材料中的均勻分布和穩定。因此POSS被廣泛用于聚合物材料和無機材料的功能化改性。

陶瓷是指用天然或合成化合物經過成形、高溫燒結等過程制成的一類無機非金屬材料。具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優點。除此之外，陶瓷材料還具有獨特的力學、熱學、電學、化學和光學特性。作為結構陶瓷的典型代表材料，基于氧化鋁、氮化硅、碳化硅的陶瓷具有優異的耐高溫性，被廣泛應用于火箭尾噴管噴嘴、熱電偶套管、爐管等高溫下工作的部件、高溫下的熱交換器材料、以及高硬度和耐磨性制作砂輪、磨料等。為了進一步實現對結構陶瓷性能的調控和優化，研究人員作了大量陶瓷結構與性能之間的關系研究，得出內部微結構(微晶晶面作用，多孔多相分布情況)對力學性能的關系，陶瓷材料性能(如光，電，熱，磁)和成形的關系，以及粒度分布，膠著界面的關系也得到發展。將POSS結構引入到陶瓷的制備中，則有望實現協同效應，實現陶瓷功能化、力學增強、以及提高熱穩定性等。

發明內容

針對現有技術的不足和材料的局限性，本發明的主要目的在于提供一種POSS功能化氧化鋁陶瓷前驅體及其制備方法。

本發明的增益效果為：(1)POSS具有優異的穩定性和反應活性，可與氧化鋁形成穩定的化學鍵，達到改性目的，使所制備的復合氧化鋁陶瓷具有良好的溶解性，便于進一步實現溶膠-凝膠紡絲制備氧化鋁陶瓷纖維。(2)由于POSS與氧化鋁化學鍵合，燒結形成陶瓷后，氧化鋁晶區外圍形成均勻穩定的氧化硅殼層，提高氧化鋁陶瓷的熱學穩定性和耐高溫性能。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明提供了一種耐高溫陶瓷前驅體漿料及其制備方法，包括三個關鍵步驟：

(1)將POSS與鋁源在有機溶液中混合；

(2)加入一定量的催化劑，攪拌反應一定時間；

(3)除去有機溶劑，制備得到POSS功能化的氧化鋁陶瓷前驅體。

作為優選的方案之一，所述POSS包括氨基POSS，乙烯基POSS，苯基POSS，乙氧基POSS，甲氧基POSS或以上官能團的復合POSS的任意一種或兩種以上的組合，且不限于此。

進一步地，所述鋁源包括鋁粉、氯化鋁、硫酸鋁、硝酸鋁、硅酸鋁、硫化鋁、異丙醇鋁、九水硝酸鋁的任意一種或兩種以上的組合，且不限于此。

進一步地，所述溶劑包括甲醇、乙醇、異丙醇、丙醇、丁醇，叔丁醇，正己烷，四氫呋喃，N-甲基吡咯烷酮，丙酮，二甲基亞砜，N，N-二甲基甲酰胺，且不限于此。

進一步地，所述POSS與鋁源的質量比為1∶10～1∶100。