一种SiNCB陶瓷材料的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种陶瓷材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]硅基陶瓷由于其具有较高的热稳定性、抗氧化性以及抗蠕变等性能被广泛应用在国防、化学、航空航天及医学等领域。前驱体聚合物转化法制备高技术硅基陶瓷，能够在1400°C以下不结晶、不分解、不氧化，具有十分优异的高温性能，使得陶瓷科技发生了重大突破。近年来，已取得一些重要进展，如发现各种与PDC相关的功能特性。此外，深入到分子水平从探讨其结构的角度有利于人们对roc的高化学稳定性，耐高温蠕变性或半导体特性等各种优越和独特的性能研宄。有研宄表明，硼含量的提高对抑制晶体的形成起到了关键作用。但要保持相对较低成本的前提下，B含量的提高相对较难。现有的合成路线制备的SiNCB陶瓷的陶瓷化产率较低，且1400°C以下开始析晶，不利于陶瓷的高温稳定性及蠕变性能。
【发明内容】
[0003]本发明是要解决现有方法制备的SiNCB陶瓷材料容易析晶，高温下不稳定的问题，提供一种SiNCB陶瓷材料的制备方法。
[0004]本发明SiNCB陶瓷材料的制备方法，按以下步骤进行:
[0005]一、将氮源、硅源、缚酸剂和溶剂放入具有惰性气体保护的反应器中，室温条件下反应16h，其中氮源和硅源的摩尔比为I?2:1，硅源和溶剂的摩尔比为1:1?5，硅源和缚酸剂的摩尔比为2:1 ；
[0006]二、将步骤一的反应产物进行真空抽滤，将抽滤后的液体与2mol/L的硼烷四氢呋喃按照1:1的摩尔比混合，放入具有惰性气体保护的反应器中，在0°C的条件下反应12h ;
[0007]三、然后向反应器中加入lmol/L的三氯化硼正己烷溶液，反应器中的产物与三氯化硼正己烷溶液的摩尔比为1:3，在0°C的条件下反应12h后升温至室温；
[0008]四、将步骤三得到的产物进行抽滤，将所得滤液进行真空旋转蒸发处理，得到的粘稠状液体即为SiNCB陶瓷前驱体；
[0009]五、将SiNCB陶瓷前驱体放入管式炉中，在氩气或者氮气气氛下进行热解，然后随炉冷却至室温，即得到SiNCB陶瓷材料。
[0010]本发明以有机硼及含氮硅烷为原料合成出了 SiCNB前驱体聚合物，再进一步将聚合物热解处理即得到SiCNB陶瓷材料，反应条件温和，操作简单，产率较高，污染少；本发明的方法以硅氮烷为氮源，以氯硅烷为硅源，降低了原材料成本，提高了材料体系中Si的含量，因而提高了体系的保密性能及稳定性，降低了材料的热导率及热膨胀系数；本发明方法得到的陶瓷材料是黑色固态物质，在1450°C下具有优良的抗氧化性，可长期使用不分解，不晶化。本发明的SiCNB陶瓷材料中的硼含量被提高，材料的陶瓷化产率和高温稳定性也得到明显提尚。
【附图说明】
[0011]图1为实施例1制备的SiNCB陶瓷材料的光学图片；图2为SiNCB陶瓷前驱体经过不同温度下热处理后的X射线光电子能谱；图3为SiNCB陶瓷前驱体聚合物经过1600°C热处理后的X-射线粉衍射图谱；图4为SiNCB陶瓷前驱体聚合物的热重法耦合差示扫描量热法分析图(TG-DSC)。
【具体实施方式】
[0012]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0013]【具体实施方式】一:本实施方式SiNCB陶瓷材料的制备方法，按以下步骤进行:
[0014]一、将氮源、硅源、缚酸剂和溶剂放入具有惰性气体保护的反应器中，室温条件下反应16h，其中氮源和硅源的摩尔比为I?2:1，硅源和溶剂的摩尔比为1:1?5，硅源和缚酸剂的摩尔比为2:1 ；
[0015]二、将步骤一的反应产物进行真空抽滤，将抽滤后的液体与2mol/L的硼烷四氢呋喃按照1:1的摩尔比混合，放入具有惰性气体保护的反应器中，在0°C的条件下反应12h ;
[0016]三、然后向反应器中加入lmol/L的三氯化硼正己烷溶液，反应器中的产物与三氯化硼正己烷溶液的摩尔比为1:3，在0°C的条件下反应12h后升温至室温；
[0017]四、将步骤三得到的产物进行抽滤，将所得滤液进行真空旋转蒸发处理，得到的粘稠状液体即为SiNCB陶瓷前驱体；
[0018]五、将SiNCB陶瓷前驱体放入管式炉中，在氩气或者氮气气氛下进行热解，然后随炉冷却至室温，即得到SiNCB陶瓷材料。
[0019]本实施方式所述惰性气体为氮气或氩气。
[0020]本实施方式方法在常温下就可进行，制备成本相对较低，合成过程简单，设备要求简单、操作容易、可控性好，具有很好的重现性，在制备具有优良的高温稳定性的有机陶瓷前驱体上具有非常现实的应用价值。
[0021]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中氮源为六甲基二硅氮烷或乙二胺。其它与【具体实施方式】一相同。
[0022]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:步骤一中硅源为甲基乙烯硅氮烷基甲基氢硅氮烷共聚物、甲基乙烯基二氯硅烷中的一种或两种按任意比组成的混合物。其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0023]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】三不同的是:甲基乙烯硅氮烷基甲基氢硅氮烷共聚物的制备方法为:由甲基氢氯硅烷、甲基乙烯氯硅烷和氨气为原料，以甲苯为溶剂在70°C回流6h制备而得。其它与【具体实施方式】三相同。
[0024]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:步骤一中缚酸剂为三乙胺。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0025]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:步骤一中溶剂为环己烷、正己烷、吡啶、四氢呋喃、甲苯、苯及二乙二醇二甲醚中的一种或几种按任意比组成的混合物。其它与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0026]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:步骤一中氮源和硅源的摩尔比为1:1。其它与【具体实施方式】一至六之一相同。
[0027]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是:硅源和溶剂的摩尔比为1:2。其它与【具体实施方式】一至七之一相同。
[0028]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是:步骤四中旋转蒸发的条件:压力为-0.5?-0.9个大气压，温度为60?80°C。