专利名称：一种有机硅、陶瓷梯度材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种梯度高分子材料，特别涉及一种有机硅、陶瓷梯度材料及其制备方法。
梯度材料是指沿某一方向材料的结构或某种性能呈现梯度变化的材料。CA检索表明表明这一方面的研究近十年非常活跃。葛柄恒概括了梯度折射率高分子材料的研究。采用化学共聚法、扩散共聚法、光共聚法等，可较为容易地制得各种梯度折射率高分子材料，其折射率分布形势多种多样，在光学领域和应用上具有重要意义(高分子材料科学与工程，1991，41-6)。但这类有机高分子梯度材料无法兼顾无机材料的优点。张宇民概括了梯度功能材料的研究(宇航材料工艺，1998，55-10)。航空航天飞行器的研制促进了这类材料的发展，高温条件下工作一侧采用耐热陶瓷，另一侧接触冷却介质，采用导热性好机械强度高的金属材料，由成分连续变化的金属、陶瓷、微孔、纤维等组成中间过渡层，大大缓和了由于金属与陶瓷之间热膨胀失配所导致的热应力。但这类材料由于制造工艺复杂、一端的金属材料无法绝缘，限制了推广应用。至今未发现有机硅-陶瓷梯度材料的专利报道。这一类材料兼具有机物及无机物的特点，绝缘性能高，制造工艺简单易行。
本发明的目的之一在于克服了已有技术中制造工艺复杂、金属材料无法绝缘等缺陷，研制出一端为坚硬的陶瓷、向另一端过渡为柔韧的有机聚合物的梯度材料。
本发明的另一目的是提供了有机硅、陶瓷梯度材料的制备方法。
本发明提供了一种有机硅、陶瓷梯度材料，由坚硬的陶瓷过渡为柔韧的有机聚合物。其结构通式如下 上式中，I为梯度材料的有机硅高分子一端，II为失去一半有机基团R的梯度材料的中间部位，III为失去大部分有机基团R的梯度材料的靠近陶瓷一端的部位，IV为失去全部有机基团R的梯度材料的陶瓷一端。上述R为CH3或C6H5。X为元素C或O。a、b、c、d为链节数，其中0≤a≤1021，0≤b≤1021，0＜c≤1021，0＜d≤1021。
本发明为无孔或孔径为0.01至50微米的多孔结构有机硅、陶瓷梯度材料。
在本发明中，从陶瓷端向有机端CH3或C6H5含量呈梯度降低，直至为零。
本发明一种有机硅、陶瓷梯度材料的制备方法按如下步骤进行(3)将结构式如下的有机硅树脂为原料，浇铸成型，固化，得有机硅树脂固化样条， 式中n＝4-10，R为是CH3或C6H5；有机硅树脂可以是聚甲基三甲氧基硅烷或聚苯基三甲氧基硅烷。
(2)将上述样条置于低温端0-600℃，高温端700-1200℃，温度梯度为10-200℃/cm的梯度烧结炉中，加热4-20小时，可烧制一端为坚硬的陶瓷、另一端为柔韧的有机物的梯度材料，从陶瓷端向有机端“R”基团(甲基或苯基)含量逐渐降低，直至为零。
当低温端400-600℃，高温端700-1200℃时，可烧制一端多孔(孔径0.01至50微米)，另一端无孔的梯度材料。
在上述方法步骤1中，将所述的有机硅树脂浇铸成片状或棒状，固化时间为10-20天。
本发明制备了有机硅-陶瓷梯度材料。采用有机硅树脂(可以为甲基三甲氧基硅烷或苯基三甲氧基硅烷)为原料，浇铸成型为片状或棒状。上述固化样条经过高温梯度烧结炉处理后，一端为坚硬的无机物Si-C-O，另一端为柔韧的有机物，从无机端向有机端基团“R”含量逐渐降低，直至为零。红外测试表明，100℃烧结试样位于1255-1273cm-1处的Si-CH3特征吸收峰强且尖锐，200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃各烧结试样位于1255-1273cm-1处的Si-CH3特征吸收峰强度逐渐减小，至900℃完全消失。900℃烧结试样的光电子能谱测试表明，样品中含有大量的Si-C-O。元素分析表明，900℃烧结试样不含氢元素。有大量的资料表明该温度下生成黑色陶瓷。以上证明，有机硅树脂样条经过高温梯度烧结炉处理，一端生成坚硬的陶瓷，另一端为柔韧的有机硅聚合物，从陶瓷端向有机端CH3或C6H5含量逐渐降低，直至为零。
本发明的材料一端是耐热陶瓷，另一端是柔韧的有机硅聚合物，通过有机基团含量连续变化形成过渡层。本发明兼具有机物及无机物陶瓷的特点，绝缘性能高，制造工艺简单易行。有机硅、陶瓷梯度材料可应用于航空航天飞行器的绝缘绝热部位及某些光学领域。多孔—无孔有机硅梯度材料可应用于化工行业的特殊过滤材料。
权利要求
1.一种有机硅、陶瓷梯度材料，其特征在于所述的有机硅、陶瓷梯度材料具有如下的结构通式 其中，I为梯度材料的有机硅高分子一端，II为失去50％有机基团R的梯度材料的中间部位，III为失去75％有机基团R的梯度材料的靠近陶瓷一端的部位，IV为失去全部有机基团R的梯度材料的陶瓷一端，其中R为CH3或C6H5，X为元素C或O，a、b、c、d为链节数，其中0≤a≤1021，0≤b≤1021，0＜c≤1021，0＜d≤1021。
2.按照权利要求1的材料，其中所述的有机硅、陶瓷梯度材料为无孔或孔径为0.01至50微米多孔结构的材料。
3.按照权利要求1的材料的制备方法，其特征在于按下列步骤进行(1)将结构式如下的有机硅树脂浇铸成型，固化，得有机硅树脂固化样条， 其中n＝4-10，R为CH3或C6H5；有机硅树脂为聚甲基三甲氧基硅烷或聚苯基三甲氧基硅烷，(2)将上述样条置于低温端0-600℃，高温端700-1200℃，温度梯度为10-200℃/cm的梯度烧结炉中，加热4-20小时，可烧制一端为坚硬的陶瓷、另一端为柔韧的有机物的梯度材料，其间从陶瓷端向有机端CH3或C6H5含量呈梯度降低，直至为零。
4.按照权利要求3的方法，其中将所述的有机硅树脂浇铸成片状或棒状。
5.按照权利要求3的方法，其中固化时间为10-20天。
6.按照权利要求3的方法，其中低温端烧制温度400-600℃，高温端700-1200℃，温度梯度为10-200℃/cm，加热4-20小时，可烧制一端孔径0.01-50微米、另一端无孔、其间由多孔过渡为微孔乃至无孔的梯度材料。
全文摘要
本发明公开了右式的有机硅,陶瓷梯度材料及其制备方法。其中R为CH
文档编号C08L83/04GK1340568SQ0012371
公开日2002年3月20日 申请日期2000年8月31日 优先权日2000年8月31日
发明者徐坚, 马军, 罗善国, 陈强, 张小莉 申请人:中国科学院化学研究所