用于包含硅金属的碳氧化硅陶瓷材料的系统和方法与流程

背景技术：

1、领域

2、本公开的一些实施方案涉及使用微波等离子体处理的用于碳氧化硅(siliconoxycarbide)陶瓷材料的系统和方法。

3、说明

4、碳氧化硅是一种无定形陶瓷，通常通过烧结所谓的“陶瓷先驱体聚合物(preceramic polymers)”制备。这些材料被用于高温应用中，在这些应用中它们抵抗由于晶体生长和粗化而导致的弱化。所述材料的无定形性质一直保持到高温，其中在高于所述高温所述材料结晶成氧化硅和碳化硅。

5、所述材料已经用于锂离子电池组应用中，其中某些聚合物使得能够在烧结的陶瓷中产生纯碳的纳米域(nanodomains)。这些碳域使得能够通过否则为电阻性的碳氧化硅本体进行电和锂传导。

技术实现思路

1、为了本概述的目的，在此描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。应当理解，根据本发明的任意特定实施方案，并非所有这样的优点都是必然可以实现的。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本发明可以以实现本文中教导的一个优点或一组优点的方式来体现或执行，而不必实现本文可能教导或建议的其它优点。

2、本文中的一些实施方案涉及碳氧化硅(sioc)材料，该sioc材料包含：sioc陶瓷材料；和在所述sioc陶瓷材料内的多个游离硅(free silicon)纳米域。

3、在一些实施方案中，所述多个纳米域中的每一个包含小于50nm的尺寸。在一些实施方案中，所述sioc陶瓷材料内的所述多个游离硅的纳米域通过碳热还原(carbothermalreduction)原位形成。在一些实施方案中，所述sioc材料通过使前体材料经受微波等离子体而形成。在一些实施方案中，所述前体包括交联的苯基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷或甲基硅氧烷或其组合。在一些实施方案中，所述前体包括固体前体。在一些实施方案中，所述微波等离子体包括微波等离子体炬(microwave plasma torch)的羽流(plume)或排气(exhaust)。在一些实施方案中，所述sioc材料包括开放晶胞结构(open-cell structure)。在一些实施方案中，所述sioc材料包括封闭晶胞结构(closed-cell structure)。在一些实施方案中，所述sioc材料包括多个耐应变(strain-tolerant)颗粒。

4、本文中的一些实施方案涉及碳氧化硅(sioc)陶瓷材料，该材料包含：硅金属，其中所述硅金属是在陶瓷先驱体聚合物的热处理过程中通过所述陶瓷先驱体聚合物的碳热还原形成，其中所述热处理用于形成所述sioc陶瓷材料。

5、在一些实施方案中，所述sioc陶瓷材料包含无定形微结构。在一些实施方案中，所述sioc陶瓷材料包含sioc的晶胞结构(cell structure)，其中所述硅金属与所述晶胞结构集成在一起。在一些实施方案中，所述晶胞结构包括开放晶胞晶体结构(open-cellcrystal structure)。在一些实施方案中，所述晶胞结构包括封闭晶胞晶体结构(closed-cell crystal structure)。在一些实施方案中，sioc和所述硅金属的相在微结构sioc陶瓷材料内是连续的。在一些实施方案中，所述sioc陶瓷材料包含多个硅金属纳米域。在一些实施方案中，所述多个硅金属纳米域中的每一个包含50nm或更小的直径。

6、在一些实施方案中，所述热处理包括微波等离子体处理。

7、本文中的一些实施方案涉及制造聚合物衍生的陶瓷的方法，所述方法包括：将一种或多种陶瓷先驱体聚合物引入微波等离子体炬中；以及在所述微波等离子体炬中加热所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物以形成聚合物衍生的陶瓷。

8、在一些实施方案中，所述聚合物衍生的陶瓷包括碳氧化硅(sioc)陶瓷材料。在一些实施方案中，所述sioc陶瓷材料包含硅金属。在一些实施方案中，在所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物的加热过程中通过所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物的原位碳热还原形成所述硅金属。在一些实施方案中，所述sioc陶瓷材料包含多个硅金属纳米域。在一些实施方案中，所述多个硅金属纳米域中的每一个包含50nm或更小的直径。

9、在一些实施方案中，所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物包含苯基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、甲基硅氧烷或其组合。在一些实施方案中，所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物包含交联的苯基硅氧烷。在一些实施方案中，在将所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物引入微波等离子体炬的过程中，所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物是固体。

10、在一些实施方案中，所述微波等离子体包括微波等离子体炬的等离子体羽流或排气。在一些实施方案中，将所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物加热1ms至25s的时间。

技术特征：

1.一种碳氧化硅(sioc)陶瓷材料，其包含：

2.根据权利要求1所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述sioc陶瓷材料包含无定形微结构。

3.根据权利要求1所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述sioc陶瓷材料包含sioc的晶胞结构，其中所述硅金属与所述晶胞结构集成在一起。

4.根据权利要求3所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述晶胞结构包含开放晶胞晶体结构。

5.根据权利要求3所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述晶胞结构包含封闭晶胞晶体结构。

6.根据权利要求1所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中在微结构sioc陶瓷材料中sioc和所述硅金属的相是连续的。

7.根据权利要求1所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述sioc陶瓷材料包含多个硅金属的纳米域。

8.根据权利要求7所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述多个硅金属的纳米域的每一个的直径小于或等于0nm。

9.根据权利要求1所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述热处理包含微波等离子体处理。

10.一种制造聚合物衍生的陶瓷的方法，所述方法包括：

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述聚合物衍生的陶瓷包括碳氧化硅(sioc)陶瓷材料。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述sioc陶瓷材料包含硅金属。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在加热所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物的过程中通过所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物的原位碳热还原形成所述硅金属。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述sioc陶瓷材料包含多个硅金属的纳米域。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个硅金属的纳米域中的每一个的直径小于或等于50nm。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物包含苯基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、甲基硅氧烷或其组合。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物包含交联的苯基硅氧烷。

18.根据权利要求10所述的方法，其中在将所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物引入微波等离子体炬中的过程中，所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物是固体。

19.根据权利要求10所述的方法，其中所述微波等离子体包括微波等离子体炬的等离子体羽流或排气。

20.根据权利要求10所述的方法，其中所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物被加热1ms至25s的时间。

技术总结
本文中公开了用于合成聚合物衍生的陶瓷材料的系统和方法，所述聚合物衍生的陶瓷材料包含含有硅金属的碳氧化硅。在一些实施方案中，在热处理过程中通过碳热还原形成硅金属。在一些实施方案中，所述热处理包括微波等离子体处理。在一些实施方案中，所述硅金属在所述碳氧化硅陶瓷材料的结构内形成纳米域。

技术研发人员：R·K·霍尔曼,A·普伦
受保护的技术使用者：6K有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15