[发明专利]SiOCN陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷制备领域，具体涉及一种SiOCN陶瓷的制备方法。

背景技术

当石英玻璃体系中的二价O被四价C或三价N替代时，其分子结构更加稳定， 材料的高温性能和力学性能将会得到改善。但是通过传统的高温烧结方法很难使C 或N连接到Si-O体系中，而通过先驱体转化法在1000℃左右就能实现。通过对先驱 体法制备的Si-O-C和Si-C-N体系材料的大量研究发现，这些材料表现出优异的力学、 化学、高温性能。SiOCN体系材料由于结合这两类材料的优点而成为一个新兴的研 究热点。现有报道中合成SiOCN体系材料多采用聚硅氮烷经氧化处理得到，这种方 法很难控制引入的O含量，同时容易造成材料的分相，而影响SiOCN材料的性能， 该法成分不易控，制备工艺复杂；另外一种合成SiOCN材料的方法是利用小分子的 硅烷和氨(胺)类原料通过CVD法制备，但是这种方法多用于制备薄膜，且制作过程 需要在高温高压下进行，该法成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有SiOCN材料的制备方法存在的成分不易控、制备 工艺复杂及成本高问题，而提供了一种SiOCN陶瓷的制备方法。

本发明SiOCN陶瓷的制备方法按照以下步骤进行：一、含硅氢键的化合物与烯 丙胺按照Si-H/C＝C的摩尔比为0.5～16的比例混合，再加入铂催化剂混合均匀得到混 合物，其中铂催化剂的用量是Pt元素质量为混合物质量的0.0005％～0.020％；二、将 步骤一中的混合物在100℃～200℃的条件下保温3～15小时得到SiOCN先驱体；三、 SiOCN先驱体在气氛保护条件下在管式炉中以1～20℃/min的加热速度升温到 900～1400℃并保温0.5～2h，然后随炉冷却，即制备得到SiOCN陶瓷。

本发明SiOCN陶瓷的制备方法中含硅氢键的化合物为含氢硅氧烷或含氢聚硅氧 烷，其中含氢硅氧烷为四甲基环四硅氧烷或四甲基二氢硅氧烷；含氢聚硅氧烷为含 氢甲基硅油或聚甲基氢硅氧烷。

本发明方法制备SiOCN陶瓷通过对原料配比的调节实现对材料成分的控制，所 得先驱体成分均一，且所用的含氢硅氧烷、含氢聚硅氧烷和烯丙胺为商品化产品， 成本低廉，本发明方法制备SiOCN陶瓷的成本低，本发明的制备不需要在高温高压 下进行，耗能低，且本发明制备方法中成分易控，制备工艺简单；本发明方法制备 过程中SiOCN先驱体通过差热-热重分析法进行检测，检测结果显示SiOCN先驱体 在1000℃条件下裂解的陶瓷产率在60～95％之间，陶瓷产率高，可提高SiOCN陶瓷 的性能；本发明制备得到的SiOCN陶瓷在1500℃的惰性气体环境下热处理2h没有 质量变化，而在1600℃的惰性气体环境下热处理2h，其质量损失仅为1％～2％，本 发明制备得到的SiOCN陶瓷高温性能好，可在1400℃以上的条件下使用，应用范围 广。

具体实施方式

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。

具体实施方式一：本实施方式SiOCN陶瓷的制备方法按照以下步骤进行：一、 含硅氢键的化合物与烯丙胺按照Si-H/C＝C的摩尔比为0.5～16的比例混合，再加入铂 催化剂混合均匀得到混合物，其中铂催化剂的用量是Pt元素质量为混合物质量的 0.0005％～0.020％；二、将步骤一中的混合物在100℃～200℃的条件下保温3～15小时 得到SiOCN先驱体；三、SiOCN先驱体在气氛保护条件下在管式炉中以1～20℃/min 的加热速度升温到900～1400℃并保温0.5～2h，然后随炉冷却，即制备得到SiOCN陶 瓷。

本实施方式步骤一中Si-H为含硅氢键的化合物的活性基团；烯丙胺的分子式为 CH₂＝CHCH₂NH₂。

本实施方式制备得到的SiOCN陶瓷高温稳定性优越，可在1400℃以上的条件下 使用。

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含硅氢键的 化合物与烯丙胺按照Si-H/C＝C的摩尔比为1～13的范围混合。其他步骤及参数与具 体实施方式一相同。

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含氢硅氧烷为四 甲基环四硅氧烷或四甲基二氢硅氧烷。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。