[發明專利]二硅化鉬/碳化硅三維聚合物先驅體陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 202010722118.0
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111848172B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 姚榮遷;黃雯燕;鄭藝濃;韓宇宸;韓浩哲;安子一;陳峰
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

二硅化鉬/碳化硅三維聚合物先驅體陶瓷及其制備方法，涉及陶瓷材料制備。將先驅體PVG粉末置于石墨紙舟中在惰性氣氛保護下高溫裂解，將MoSi₂和裂解后的SiC(rGO)p陶瓷顆粒、先驅體PVG粉末混合形成MoSi₂/SiC(rGO)p/PVG混合物，然后在酒精介質中進行球磨混合均勻后置于烘箱中烘干；裝入模具中模壓成型，脫模后得素坯，放入惰性氣氛管式爐內進行高溫燒結，隨爐冷卻后即得到黑色的二硅化鉬/碳化硅三維聚合物先驅體陶瓷，簡稱3D?SiC(rGO,MoSi_2x)納米復合塊體陶瓷，其中x為二硅化鉬占整個素坯的質量分數。具有較高的熱導率和電導率，良好成型性與成分均勻性；工藝簡單經濟。

技術領域

本發明涉及陶瓷材料制備，尤其是涉及一種二硅化鉬/碳化硅三維聚合物先驅體陶瓷及其制備方法。

背景技術

碳化硅(silicon carbide,SiC)作為先進陶瓷材料，具有優良的力學性能、耐高溫性能、抗熱震性能、化學穩定性、耐腐蝕性等優異性能，在高溫、高頻率、高功率等惡劣的環境條件下也表現出良好的性能，常被用于制作耐腐蝕材料、耐磨材料、耐高溫構件、高精密構件等，在微電子系統、機械、化工、冶金、航空航天、國防軍工等領域都有著不可或缺的應用。

目前，SiC陶瓷可以通過常壓燒結、熱壓燒結、反應燒結等制備方法得到。中國專利ZL200910098377.4公開一種固相常壓燒結碳化硅陶瓷的制備方法，以亞微米級碳化硅粉、石墨粉和碳化硼粉作為原料，經過球磨、噴霧造粒、模壓成型以及真空燒結等工藝制得性能優越、耐腐蝕的碳化硅塊體陶瓷。中國專利ZL 201110438186.5公開一種采用熱壓燒結制備碳納米管增強增韌碳化硅陶瓷的方法，以碳化硅微粉、碳化硼微粉、碳粉、碳納米管、粘結劑以及分散劑為原料，經過球磨、攪拌、干燥粉碎等步驟后升溫至1900～2200℃加壓15～35MPa，獲得碳納米管增強增韌碳化硅陶瓷。中國專利ZL 201610850564.3公開一種多步反應燒結法制備低殘硅的碳化硅陶瓷材料的方法，往碳化硅粉中混入不同碳源，添加酚醛樹脂或PVA機械混料，在1600～1700℃真空條件下燒結得到導熱性能、高溫力學性能更優的高致密度碳化硅陶瓷，同時解決了碳化硅陶瓷中殘留硅含量過高導致機械性能差的問題。然而，上述方法通常需添加助劑，易引入雜質相，影響產品性能，并且所需的燒結溫度較高，生產成本較高。

先驅體轉化法是指通過化學合成制得可經熱解轉化成陶瓷的有機聚合物，再對其進行交聯固化、高溫裂解處理獲得最終陶瓷產物的方法與工藝，具有分子結構可設計性、成分可控且純度高、良好可加工性、制備溫度較低、無需添加燒結助劑、陶瓷產品性能良好等獨特優勢。先驅體轉化法是傳統陶瓷工藝的發展與創新，在制備碳化硅陶瓷纖維、薄膜與涂層中應用廣泛。中國專利ZL 201710285798.2公開一種高耐溫性的高結晶近化學計量比連續SiC纖維的制備方法，將聚碳硅烷與異質元素化合物反應制得改性先驅體并對其進行紡絲，之后在不熔化處理和燒結過程中引入硼化物得到連續致密SiC纖維。中國專利ZL201610281612.1公開一種碳納米管—SiC薄膜的制備方法，提高SiC薄膜的高溫抗氧化以及抗燒蝕性能。盡管先驅體轉化法的優勢十分顯著，但在制備碳化硅三維陶瓷方面仍存在許多問題。聚碳硅烷先驅體在裂解中逸出大量小分子氣體，使陶瓷內部產生大量孔洞影響致密程度，或者發生收縮導致陶瓷產生大量裂紋，最終造成嚴重損壞無法成型，而且無定型SiOxCy相和游離碳相的存在使得碳化硅陶瓷力學性能較差。中國專利ZL 201711494377.7中公開一種利用氧化石墨烯-乙烯基三乙氧基硅烷-聚碳硅烷先驅體高溫熱解制備石墨烯/碳化硅單片陶瓷的方法，在先驅體法制備碳化硅三維陶瓷領域取得了新突破，但所得單片陶瓷綜合性能不佳，限制了其應用。中國專利CN 110467467 A中公開一種共混再裂解方法，使得石墨烯/碳化硅單片陶瓷具有較高的陶瓷產率以及較低的線形收縮率，但陶瓷耐高溫性、斷裂韌性等功能特性有待提高。