[发明专利]SiBCN（O）陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多元陶瓷材料的制备方法。

背景技术

现有的SiBCN陶瓷材料的制作方法主要是有机先驱体法，虽然有机先驱体法制作得到的SiBCN陶瓷材料的高温性能优异，抗氧化性好，但有机先驱体法还存在着以下的问题：1、有机先驱体法所使用的原料是有毒、价格昂贵、硼烷配合物或卤硼烷不易保存，这不仅增加了SiBCN陶瓷材料的制作成本，还危害操作人员的健康，安全性差；2、有机先驱体法的反应过程对实验条件和试验器材的要求非常严格，反应过程需要在保护气氛中进行，且氨解/胺解反应过程放出大量的热，必须在冰浴的条件下进行，操作复杂；3、有机先驱体法制作SiBCN陶瓷材料的过程中放出大量热，必须采用冰浴，这种路径最终限制了合成SiBCN陶瓷材料产量的问题，进而影响到这种材料的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了解决有机先驱体法制备SiBCN陶瓷材料的成本高、安全性差、操作复杂的问题，提供了一种SiBCN(O)陶瓷材料的制备方法。

本发明SiBCN(O)陶瓷材料的制备方法如下：一、将硅源与硼源按照3～9∶1的摩尔比加入到溶剂中制得混合物，然后将混合物在真空度为0.01MPa～0.03MPa的反应釜中搅拌30h～60h，再加入氨基甲酸铵，然后将反应釜内的温度升高至40℃～200℃保温30h～100h，保温的同时搅拌，再将反应釜内的温度降至室温；二、将步骤一反应釜中所得的产物在真空度为0.01MPa～0.02MPa、温度为60℃～100℃的条件下真空抽滤，即得SiBCN四元陶瓷先驱体；三、将SiBCN四元陶瓷先驱体在惰性气体保护、温度为1000℃～1200℃的条件下热解1h～3h，然后冷却至室温，即得SiBCN(O)陶瓷材料；步骤一中硅源与溶剂的摩尔比1∶5～20；步骤一中氨基甲酸铵与硅源的质量比为1∶1～1.3；步骤一所述的硼源为硼氢化钠、硼氢化钾、硼烷或三氯化硼；步骤一所述的硅源为甲基乙烯基二氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基氢二氯硅烷、二乙烯基苯氯硅烷及三乙烯基氯硅烷中的一种或其中几种的组合；步骤一所述的溶剂为乙二醇二甲醚、乙醚、四氢呋喃、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚及四乙二醇二甲醚中的一种或其中几种的组合；步骤三中所述的惰性气体为氮气或氩气。

本发明方法制备SiBCN(O)陶瓷材料过程中没有剧烈的放热反应，反应温和，对实验环境和实验器材要求低，操作简单，且SiBCN(O)陶瓷材料的产量大；本发明的方法以硼氢化钠、甲基乙烯基二氯硅烷和四乙二醇二甲醚为原料，低毒且价格低廉，制作成本低，不影响操作人员的健康，安全性好；本发明方法得到的SiBCN(O)陶瓷材料1500℃条件下长期使用不晶化、不分解，抗氧化性能优异。

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：本实施方式中SiBCN(O)陶瓷材料的制备方法如下：一、将硅源与硼源按照3～9∶1的摩尔比加入到溶剂中制得混合物，然后将混合物在真空度为0.01MPa～0.03MPa的反应釜中搅拌30h～60h，再加入氨基甲酸铵，然后将反应釜内的温度升高至40℃～200℃保温30h～100h，保温的同时搅拌，再将反应釜内的温度降至室温；二、将步骤一反应釜中所得的产物在真空度为0.01MPa～0.02MPa、温度为60℃～100℃的条件下真空抽滤，即得SiBCN(O)陶瓷先驱体；三、将SiBCN(O)陶瓷先驱体在惰性气体保护、温度为1000℃～1200℃的条件下热解1h～3h，然后冷却至室温，即得SiBCN(O)陶瓷材料；步骤一中硅源与溶剂的摩尔比1∶5～20；步骤一中氨基甲酸铵与硅源的质量比为1∶1～1.3。

本实施方式步骤二中将步骤一反应釜中所得的产物采用布氏漏斗进行真空抽滤；步骤三中将SiBCN四元陶瓷先驱体放入管式炉中热解，管式炉炉管为氧化铝陶瓷管。

本实施方式得到的SiBCN(O)陶瓷材料1500℃条件下长期使用不晶化、不分解，抗氧化性能优异。

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所述的硼源为硼氢化钠、硼氢化钾、硼烷或三氯化硼。其它与具体实施方式一相同。

本实施方式得到的SiBCN(O)陶瓷材料1500℃条件下长期使用不晶化、不分解，抗氧化性能优异。

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所述的硅源为甲基乙烯基二氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基二氯硅烷、二乙烯基苯氯硅烷及三乙烯基氯硅烷中的一种或其中几种的组合。其它与具体实施方式一或二相同。