[發明專利]一種具有復合孔結構多孔SiOC陶瓷的制備方法

在審

• 申請號: 202110584622.3
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113185321A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 董賓賓;王黎;王青峰;閔志宇;賈鐵昆;王玉江;鄭希辰
• 申請（專利權）人: 洛陽理工學院
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B35/56;C04B35/622;C04B35/624
• 代理公司: 洛陽華和知識產權代理事務所(普通合伙) 41203
• 代理人: 陳佳麗

本發明公開了一種具有復合孔結構多孔SiOC陶瓷的制備方法，制備的多孔SiOC陶瓷內部含有一定量納米級和微米級的小孔。該方法采用乳狀液模板法和液態造孔劑法相結合的復合造孔法，具體按照如下步驟實現：將前驅體液體、液態造孔劑，催化劑和乳化劑混合配成油相；在攪拌的同時，將水滴加到油相中形成油包水型乳液；待水相充分乳化，將乳液澆注到模具中，并將模具置于合適的溫度和濕度下進行固化交聯和干燥得到坯體；最后在惰性氣氛中進行熱處理得到復合孔結構多孔SiOC陶瓷。本發明的優點是結合乳狀液模板法和液態造孔劑法一步制備出具有復合孔結構的多孔SiOC陶瓷，并且氣孔率大范圍可調。

技術領域

本發明屬于多孔材料技術領域，具體涉及一種復合孔結構多孔SiOC陶瓷的制備方法。

背景技術

多孔陶瓷具有低密度、低熱導率、低熱容、低介電常數、高抗熱震性、高透過率、高比表面積等一系列優異的物理化學性能，在隔熱保溫、催化劑載體、熔融金屬和高溫氣體過濾等領域均有廣泛的應用前景。

多孔陶瓷的制備主要是從陶瓷粉體出發，加入粘結劑、造孔劑、增塑劑和分散劑等，經成型、干燥、燒結制得。工藝較為繁瑣，一般需要特定的排膠過程，且燒結溫度較高，能耗較大。氣孔率的提高往往是通過增加固態造孔劑（石墨、粉煤灰、聚甲基丙烯酸甲酯等）加入量來實現。然而，隨著固態造孔劑加入量的增加，造孔劑分散均勻性變差且成型難度提高。

前驅體轉化法是近年來興起的一種先進陶瓷制備工藝，其基本步驟為：有機前驅體合成→成型→交聯固化→熱解陶瓷化。和傳統的陶瓷制備工藝相比，具有分子尺度的可設計性，低溫陶瓷化和可加工性等優點。

以前驅體聚硅烷（polysilane）制備Si-O-C陶瓷體系（尤其是含氫聚硅氧烷和四甲基四乙烯基聚硅氧烷體系）由于成本低廉，固化成型易控制，陶瓷產率高，熱解溫度適中，應用最為廣泛。

目前前驅體轉化法已結合多種造孔方式，包括固態液態造孔劑法、模板復制法、刻蝕工藝、冷凍干燥、直接發泡、超臨界干燥以及乳狀液模板法等。但上述造孔方式較為單一，受各自的局限性，難以制備具有復合孔結構和超高氣孔率的多孔陶瓷材料。

發明內容

為解決以上技術問題，本發明的目的在于提供一種多孔SiOC陶瓷的制備方法，該方法在前驅體油相中直接引入液態造孔劑，同時實現乳液法造孔和液態造孔劑造孔，通過調整前驅體組成、固化及熱解過程可以實現在納米級大范圍調控多孔陶瓷的孔徑，最終制備出具有復合孔結構、孔隙分布均勻且孔隙率高的多孔SiOC陶瓷。

本發明的制備方法具體包括以下步驟：

1）油相配制：將前驅體液體、液態造孔劑、催化劑和乳化劑混合均勻得到油相;

2）油水混合：步驟1）的油相在攪拌過程中，將水滴加到油相中，滴加完成后繼續攪拌至完全乳化，形成油包水型乳液;

3）固化成型：將步驟2）的油包水型乳液澆注到模具中，將模具置于一定的溫度和濕度條件下使前驅體進行交聯固化，固化后開模取出固化物，固化物經干燥后得到多孔陶瓷坯體;

4）熱處理：多孔陶瓷坯體在氣體保護下進行熱處理，得到具有復合孔徑的多孔SiOC陶瓷。

進一步的，步驟1）中的前驅體液體為聚硅氧烷，優選為甲基含氫硅油、乙基含氫硅油、四甲基-四乙烯基-環四硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的一種或多種混合。

進一步的，步驟1）中的液態造孔劑優選為甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基乙烯基硅油和甲基羥基硅油中的一種或多種混合。

進一步的，步驟1）中的催化劑為貴金屬基化合物，優選為四乙基銨六羥基鉑酸鹽、二乙烯基四甲基-二硅氧烷鉑絡合物和二氯化鈀甲烷絡合物中的一種。

進一步的，步驟1）中乳化劑的HLB值8，優選為羧酸的皂類、二價金屬鹽、磺酸的皂鹽、有機酸酯、胺鹽和改性有機硅油中的一種。