[發明專利]一種微米級氮化硅陶瓷微球及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310369940.7
• 申請日: 2023-04-10
• 公開（公告）號: CN116496092A
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 梁帥帥;賈和;于海博;祁斌
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/622;C09D7/61
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波;王睿

本發明提供一種微米級氮化硅陶瓷微球及其制備方法和應用，屬于氮化硅陶瓷技術領域；包括：S1.將單體、交聯劑、引發劑與分散劑溶液混合為預混液；S2.向所述預混液中引入含氮化硅粉末、去離子水，得到漿料；S3.向所述漿料中加入濃氨水，再加入催化劑溶液，得到分散相溶液；濃氨水的體積用量為所述漿料體積量的2％?6％，S4.將分散相溶液分散在連續相溶液內；S5.然后進行密封陳化、清洗、干燥和燒結。本發明能夠最大化避免氧化硅等雜質相的生成，甚至生成純氮化硅相，同時能大幅改善所得微球的球形度，且不會對生成物相組成造成破壞，并在微球內均勻分布了亞微米級別的孔隙，降低了材料的介電常數與介電損耗角正切值。

技術領域

本發明涉及氮化硅陶瓷技術領域，特別是指一種微米級氮化硅陶瓷微球及其制備方法和應用。

背景技術

氮化硅陶瓷具有較高的力學性能、良好的抗熱震性、優良的介電性能和優異的耐雨蝕性等性能，作為一種透波性能極佳的材料可以保護航天器免受惡劣環境的影響，是最具發展前景的透波填料之一。由于β相氮化硅晶粒為棒狀，無法制備出表面光潔的球形材料，所以目前氮化硅球形填料的制備以α相顆粒狀為主。

氮化硅成形主要制備方法有惰性氣體碳熱還原法和凝膠成形法兩種。惰性氣體碳熱還原的方法需要進行碳還原的步驟，后續燒結中會出現氧化硅等雜質，材料純度與強度有待提高。而凝膠成形的方式存在制備所得樣品球形度較差、微球尺寸差異較大等問題。作為填充材料時會導致涂層內應力增大，不利于對抗逐漸嚴苛的航天服役條件。

迄今為止，多數氮化硅材料制備以塊狀材料為主，關于球形氮化硅材料的研究報道不盡完善。ChenLu等人采用熱射頻等離子技術實現了徑粒在5-50m多孔氮化硅材料的制備(LuC,FanJ,ZhangY,etal.PreparationofSilicon?NitrideHollowQuasi-SpheresbyRFThermalPlasma[J].InternationalJournalof?AppliedCeramicTechnology,2015.)，但微球球形度較差，不利于作為一種透波填料的應用。Jia-MinWu等人制備了外部形貌較好的大孔隙率多孔陶瓷微球(WuJM,ZhangXY,YangJL.NovelporousSi3N4ceramicspreparedby?aqueousgelcastingusingSi3N4poly-hollowmicrospheresaspore-formingagent[J].JournaloftheEuropeanCeramicSociety,2014,34(5):1089-1096.)，但材料強度較低，無法承受較高應力。ZhaoKai等人利用氧化硅微球為硬模板采用碳熱還原的方式制備出了一種尺寸在亞微米級別的氮化硅空心陶瓷微球(Zhao,K.,etal.,PreparationandPerformanceofSi3N4HollowMicrospheresbythe?TemplateMethodandCarbothermalReductionNitridation.ACSAppliedMaterialsInterfaces,2019.11(42):p.39054-39061.)，但微球形貌較差，成品微球多出現破損現象。

為實現微球的單分散制備，較為穩定的制備方式為微流控法，Wang等人利用玻璃微流控器件實現了單分散氧化鋯陶瓷微球的制備(Wang,Peiyi；Li,Jiang；Nunes,Janine；Hao,Shaochang；Liu,Bing；Chen,Haosheng；Lu,K.Droplet?Micro-ReactorforInternalGelationtoFabricateZrO2CeramicMicrospheres[J].JournaloftheAmericanCeramicSociety,(2016).)，但該方法以溶膠凝膠法為制備基礎，無法應用到氮化硅制備的領域。