[發明專利]一種溶膠凝膠法合成SiZrBOC陶瓷的制備方法

有效

• 申請號: 202011076930.7
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112174669B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 趙廣東;張婉瑩;韓文波;呂楊;張志新;曲靈犀
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: C04B35/515
• 分類號: C04B35/515;C04B35/622;C04B35/624
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種溶膠凝膠法合成SiZrBOC陶瓷的制備方法，本發明涉及無機非金屬材料技術領域，具體涉及溶膠凝膠法合成SiZrBOC陶瓷的制備方法。本發明要解決現有在SiZrBOC先驅體交聯過程中熱穩定性差的技術問題。方法：先采用溶膠凝膠法合成SiZrBOC聚合物先驅體；然后高溫熱解獲得陶瓷材料。本發明是一種高產量SiZrBOC陶瓷的制備方法，通過對合成過程中的工藝參數的變化的微觀調控，保證先驅體中各個元素的最大限度結合，方便得到的大批量SiZrBOC陶瓷先驅體進行后期制備復相陶瓷。本發明用于制備SiZrBOC陶瓷材料。

技術領域

本發明涉及無機非金屬材料技術領域，具體涉及溶膠凝膠法合成SiZrBOC陶瓷的制備方法。

背景技術

先驅體轉化陶瓷(Polymer-derived ceramics，PDCs)是一類無需燒結助劑的陶瓷材料，具有卓越的高溫抗氧化和耐熱性能。在先驅體轉化陶瓷的研究中，主要以硅基先驅體陶瓷為研究對象。目前已知的先驅體陶瓷大體上可以分為二元體系陶瓷，三元體系陶瓷，四元體系陶瓷和五元體系陶瓷。其中SiZrBOC五元陶瓷，硅基先驅體陶瓷在1300℃左右就開始發生碳熱還原反應，因此如何提高硅基先驅體陶瓷的高溫穩定性是目前研究的重點。

發明內容

本發明要解決現有在SiZrBOC先驅體交聯過程中熱穩定性差的技術問題，而提供一種溶膠凝膠法合成SiZrBOC陶瓷的制備方法。

一種溶膠凝膠法合成SiZrBOC陶瓷的制備方法，該方法具體按以下步驟進行：

一、將甲基乙烯基二氯硅烷加入到甲苯中，進行冰浴攪拌，得到溶液A；

二、將硼烷二甲硫醚加入到步驟一獲得的溶液A中，室溫攪拌形成溶液B；

三、將步驟二獲得的溶液B進行減壓蒸餾得到中間產物；

四、將步驟三獲得的中間產物加入到四氫呋喃中，進行冰浴攪拌，得到溶液C；

五、將無水乙醇和去離子水混合，室溫攪拌，獲得乙醇溶液；

六、將正丙醇鋯加入到乙醇溶液中，攪拌，配制成溶液D；

七、將溶液D加入到溶液C中，室溫攪拌得到溶液E；

八、將溶液E進行減壓蒸餾，干燥，獲得SiZrBOC聚合物先驅體；

九、將步驟八獲得的SiZrBOC聚合物先驅體進行高溫熱解，得到SiZrBOC陶瓷，完成該方法。

本發明方法在制備得到的SiZrBOC陶瓷中，可以將C、O、B、Zr、Si等元素鍵合為一種大分子網絡結構。根據加入試劑摩爾比的不同可得到不同陶瓷產率的聚合物，按照上述步驟制備得到一種新型含氧量少的SiZrBOC陶瓷。

本發明的有益效果是：

本發明為了提高硅基陶瓷的高溫穩定性，對硅基陶瓷進行改性，通過在硅基陶瓷體系中引入多種元素(B、N、Zr、Al等)，制備Si(M)OC四元陶瓷體系或以Si(M)OC(W)五元陶瓷體系。其中，尤其Zr元素對SiOC陶瓷的高溫穩定性能提升最為顯著。

本發明用溶膠凝膠方法合成出一種新型含氧量少的SiZrBOC陶瓷，重點解決在SiZrBOC陶瓷先驅體交聯過程中，關于Si、Zr、B等元素鍵合為Si-O-Si、Si-O-B、Si-O-Zr和陶瓷先驅體熱穩定性的協調問題，得到一種高產量的SiZrBOC陶瓷制備方法，再通過對合成過程中的工藝參數的變化的微觀調控，保證先驅體中各個元素的最大限度結合，方便得到的大批量SiZrBOC陶瓷進行后期制備復相陶瓷。

本發明方法制備得到的SiZrBOC多元聚合物先驅體中包含Si-O-Zr、Si-O-B、Si-O-Si等基團，最終陶瓷產率達到66％以上。本發明制備的陶瓷材料從室溫到800℃的失重率大，800℃后失重率基本不變，耐高溫穩定性好。