[发明专利]一种氮化物陶瓷材料的先驱体转化制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化物陶瓷材料的制备方法，更具体地说，是涉及一种氮化物陶瓷材料的先驱体转化制备方法。

背景技术

随着科学技术的高速发展，航空、航天、能源等众多高科技领域均对高性能材料提出了越来越迫切的需求。由于陶瓷具有优异的耐高温、抗烧蚀、耐磨损、高硬度等特性，且具有较高的弹性模量和较低的密度，某些陶瓷基复合材料还兼具防热、隔热、透波等诸多良好功能，因此，世界各发达国家都把陶瓷材料看作对人类未来有重要影响的高技术新材料而予以重点研究。

对于陶瓷材料来讲，其最为传统的制备工艺为烧结工艺，如热压烧结、反应烧结等。但是，传统的烧结工艺存在着致命的缺陷。由于绝大多数陶瓷材料具有非常高的熔点，因此，所需的烧结温度很高，一方面，对设备提出了苛刻的要求；另一方面，在烧结的过程中，一般需要添加烧结助剂，这会对材料的高温性能及其他性能产生负面影响。此外，传统烧结工艺难以实现复杂形状构件的成型。因此，人们着眼于开发新型的陶瓷材料制备工艺。

先驱体裂解工艺是近年来发展的一种新型陶瓷材料制备工艺，可以用来制备陶瓷粉体、多孔陶瓷、陶瓷纤维、陶瓷涂层及陶瓷基复合材料等。先驱体裂解工艺具有诸多优点，例如：（1）可以对先驱体分子进行设计，从而对裂解产物的成分进行控制；（2）先驱体的裂解温度较低，可以降低对设备的要求，减少工艺成本；（3）裂解过程中不需要添加烧结助剂，从而可以制备较纯净的材料；（4）易实现近净成型，可制备复杂形状的构件。

但是，现有先驱体裂解转化工艺制备氮化物陶瓷材料，产品往往产生发泡和开裂等缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新的氮化物陶瓷材料先驱体裂解转化制备方法，使用该方法制备氮化物陶瓷，产品不会产生发泡和开裂等缺陷。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：其包括以下步骤：

（1）将含有氮化物陶瓷基本化学键结构的元素有机聚合物置于密闭压力容器中，在0.2～10MPa（优选0.3～8.0MPa）惰性气氛和50～200℃（优选80～120℃）温度下保温2～80小时（优选3～72小时），直至发生交联固化；

（2）将步骤（1）所得交联固化产物置于裂解炉中，在600～1100℃（优选700～1000℃）温度下，保温0.5~2小时，裂解，即得到所需氮化物陶瓷。

所述含有氮化物陶瓷基本化学键结构的元素有机聚合物可为聚硅氮烷、聚硼氮烷或聚硼硅氮烷等。

所述惰性气氛可谓氮气等。

步骤（2），所述裂解，优选在氨气气氛或氮气气氛中进行，也可以是在持续真空环境中进行。

与现有氮化物陶瓷材料的制备方法相比，本发明工艺简单，制备温度低，对设备的要求低；制备出的氮化物陶瓷材料分子组成可调节，纯度高，且易成型，适用于制备复杂外形构件。

本发明氮化物陶瓷材料的性能如下表1所示。

附图说明

图1是本发明实施例2制备的先驱体转化氮化硼陶瓷材料的XRD图谱；

图2是本发明实施例1制备的先驱体转化氮化硅陶瓷材料的XRD图谱；

图3是本发明实施例3制备的硅硼氮陶瓷材料的扫描电镜照片；

图4是本发明实施例2制备的氮化硼陶瓷材料的扫描电镜照片。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

（1）将全氢聚硅氮烷（分子结构为 [SiH₂NH]_n）置于密闭压力容器中，在0.3MPa的惰性气氛保护下加热至120℃，保温3小时，直至发生交联固化，得到白色固体；

（2）将步骤（1）所得交联固化产物置于裂解炉中，在氨气气氛中加热至1000℃，保温1小时，裂解，得到所需的氮化硅陶瓷。

所制备的氮化硅陶瓷，无发泡和开裂等缺陷。

实施例2

（1）将环硼氮烷（环硼氮烷为B:N=1：1的六元环）置于密闭压力容器中，在5MPa的惰性气氛保护下加热至80℃，保温72小时，直至发生交联固化，得到白色固体。

（2）将步骤（1）所得交联固化产物置于裂解炉中，在氮气气氛中加热至800℃，保温1.5小时，裂解得到所需的氮化硼陶瓷。

所制备的氮化硼陶瓷，无发泡和开裂等缺陷。

实施例3

1）将聚硼硅氮烷（分子结构为置于密闭压力容器中，在8MPa的惰性气氛保护下加热至100℃，保温12小时，直至发生交联固化，得到白色固体。