一种大块致密非晶SiBCN陶瓷块体及其制备方法

本发明涉及非晶sibcn陶瓷块体及其制备方法。

背景技术：

1、非晶sibcn陶瓷材料因其具有高比强度、高温抗氧化性、高热稳定性以及低的介电常数和介电损耗，广泛应用在结构材料和功能材料中。但由于有机前驱体裂解制备非晶sibcn陶瓷收缩大，产率低，纯有机前驱体裂解无法生产致密sibcn块体，因此，难以实现大块致密非晶sibcn块体陶瓷的制备，这在一定程度上限制了sibcn陶瓷材料的应用领域。因此，研究大块致密非晶sibcn块体陶瓷材料成为急需解决的课题。

技术实现思路

1、本发明要解决现有技术难以实现大块致密非晶sibcn块体陶瓷的制备，进而提供一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体及其制备方法。

2、一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体，它由前驱体衍生陶瓷相和非晶陶瓷相组成，且非晶陶瓷相均匀填充于前驱体衍生陶瓷相的空隙中；

3、所述的前驱体衍生陶瓷相由前驱体在高温下裂解得到；所述的非晶陶瓷相由机械合金化无机非晶sibcn粉体烧结得到。

4、一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体的制备方法，它是按以下步骤进行：

5、一、有机-无机混合块体素坯/粉体的制备：

6、将机械合金化无机非晶sibcn粉体分散于前驱体液体中，搅拌得到糊状有机-无机混合溶液，将糊状有机-无机混合溶液真空固化，固化后依次进行粉碎及球磨，或者固化后依次进行粉碎、球磨及预压，得到有机-无机混合块体素坯/粉体；所述的前驱体液体与机械合金化无机非晶sibcn粉体的质量比1:(0.05～0.4)；

7、或将前驱体液体在惰性气氛下固化，固化后粉碎，得到前驱体粉体，将前驱体粉体与机械合金化无机非晶sibcn粉体进行球磨混合，或者进行球磨混合及预压，得到有机-无机混合块体素坯/粉体；所述的前驱体粉体与机械合金化无机非晶sibcn粉体的质量比1:(0.05～0.4)；

8、二、大块致密非晶sibcn陶瓷块体的制备：

9、在惰性气氛及烧结温度为1000℃～1600℃的条件下，将有机-无机混合块体素坯/粉体烧结，得到致密非晶sibcn块体陶瓷材料。

10、本发明的有益效果是：

11、1、前驱体裂解后生成无机非晶陶瓷网络结构，在烧结过程这些无机非晶陶瓷网络结构为原有无机陶瓷粉体颗粒的重排提供了驱动，加速了无机陶瓷粉体颗粒的迁移，无机粉体填补了前驱体裂解后产生的孔洞，进而得到致密块体陶瓷材料。本发明实现了大块致密非晶sibcn块体的低温烧结致密化，解决了纯有机前驱体裂解无法生产致密sibcn块体的难题及难以实现大块致密非晶sibcn块体陶瓷的制备。

12、2、相比现有的技术大都是采用各种一元或多元氧化物陶瓷作为烧结助剂，本发明以前驱体陶瓷为主要原料，添加少量无机非晶陶瓷粉体，有机前驱体裂解形成无定形网络结构，烧结活性高，促进机械合金化sibcn粉体的烧结，有利于降低烧结温度和提高产品的致密度、纯度。且低温烧结有利于保持非晶结构(没有晶界和位错等，析晶之后会有晶界和位错)，本发明所制备的致密块体陶瓷材料具有高强度、良好的抗氧化性能以及优异的透波性能。

13、说明书附图

14、图1为本发明制备大块致密非晶sibcn块体陶瓷的流程图；

15、图2为实施例一制备的致密非晶sibcn陶瓷块体断口sem图；

16、图3为实施例二制备的致密非晶sibcn陶瓷块体tem图；

17、图4为实施例三制备的致密非晶sibcn陶瓷块体在合成空气气氛下的tg-dsc图；

18、图5为实施例四制备的致密非晶sibcn陶瓷块体的介电性能，1为介电常数，2为介电损耗；

19、图6为实施例二制备的致密非晶sibcn陶瓷块体的实物图；

20、图7为实施例一制备的致密非晶sibcn陶瓷块体的xrd图。

技术特征：

1.一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体，其特征在于它由前驱体衍生陶瓷相和非晶陶瓷相组成，且非晶陶瓷相均匀填充于前驱体衍生陶瓷相的空隙中；

2.根据权利要求1所述的一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体，其特征在于所述的前驱体为粉体或液体，且所述的前驱体为聚硅烷、聚硅氮烷、聚碳硅烷、聚硼氮烷和聚硼硅氮烷中的一种或其中几种的混合。

3.根据权利要求1所述的一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体，其特征在于所述的机械合金化无机非晶sibcn粉体是由包含si、b、c及n四种元素的混合粉体经高能球磨制得，且混合粉体中si、b、c及n由si、碳材料、bn、si3n4、sic和b4c中任意组合得到。

4.根据权利要求3所述的一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体，其特征在于所述的碳材料为石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管、富勒烯和金刚石中的一种或其中几种的混合；所述的bn为c-bn和h-bn中的一种或两种的混合。

5.如权利要求1所述的一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行：

6.根据权利要求5所述的一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体的制备方法，其特征在于步骤一中所述的机械合金化无机非晶sibcn粉体具体是按以下步骤制备：

7.根据权利要求5所述的一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体的制备方法，其特征在于步骤一中所述的前驱体液体为聚硅烷、聚硅氮烷、聚碳硅烷、聚硼氮烷和聚硼硅氮烷中的一种或其中几种的混合；步骤一及步骤二中所述的惰性气氛均为氩气、氮气、氨气和氢气中的一种或其中几种的混合气体。

8.根据权利要求5所述的一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体的制备方法，其特征在于步骤一中所述的固化具体是在温度为120℃～350℃的条件下，固化2h～4h。

9.根据权利要求5所述的一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体的制备方法，其特征在于步骤一中所述的预压为冷压和冷等静压中的一种或两种的组合；步骤二中当对有机-无机混合粉体进行烧结时，所述的烧结为放电等离子体烧结、热压烧结、气压烧结、热等静压烧结或高压烧结；步骤二中当对有机-无机混合素坯进行烧结时，所述的烧结为无压烧结。

10.根据权利要求9所述的一种大块致密非晶sibcn陶瓷块体的制备方法，其特征在于当所述的烧结为放电等离子体烧结时，具体是按以下步骤进行：以升温速率为30℃/min～100℃/min，升温至1000℃～1500℃，并在压力为30mpa～100mpa及温度为1000℃～1500℃的条件下，保温时间2min～10min；

技术总结
一种大块致密非晶SiBCN陶瓷块体及其制备方法，它涉及非晶SiBCN陶瓷块体及其制备方法。本发明要解决现有技术难以实现大块致密非晶SiBCN块体陶瓷的制备。方法：一、有机‑无机混合块体素坯/粉体的制备；二、大块致密非晶SiBCN陶瓷块体的制备。本发明用于大块致密非晶SiBCN陶瓷块体及其制备。

技术研发人员：杨治华,林坤鹏,李达鑫,贾德昌,周玉
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22