[发明专利]一种ZrC陶瓷先驱体，ZrC陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷领域，特别地，涉及一种ZrC陶瓷先驱体溶液，本发明的另一方面还提供了由前述ZrC陶瓷先驱体溶液制备而成的ZrC陶瓷及ZrC陶瓷的制备方法。 

背景技术

航天飞机、高超声速导弹、可重复使用运载器等高超声速飞行器以高速度、高可靠性逐渐成为航空航天和武器系统的主要发展方向，将在未来国家安全和发展中发挥重要作用。耐超高温陶瓷及其复合材料以其具有的抗热震性好、抗烧蚀性能优异等特性，成为制备高超声速飞行器结构件的最有前途的候选材料之一。耐超高温陶瓷基体主要包括难熔金属的碳化物、硼化物如ZrC、TiC、HfC、NbC、TiB₂、ZrB₂、TaB₂、HfB₂等。陶瓷先驱体是制备耐超高温陶瓷及其复合材料的关键原料，陶瓷先驱体的成分决定了能否成功制备耐超高温陶瓷，以及制成的超高温陶瓷性能的优劣。 

对于耐超高温陶瓷先驱体要求主要有四点：第一，在常温下应为液体，或能溶于有机溶剂得到溶液，或能在加温时熔化成液体，在使用过程中具有适当的流动性；第二、具有良好的原位交联能力；第三、较高的陶瓷产率；第四、能长时间存放、成本低。 

现有技术中的耐超高温陶瓷先驱体有ZrC陶瓷先驱体，使用的锆源通常是ZrC的烷氧基化合物，ZrC的烷氧基化合物对水分敏感，工艺可操作性差且成本较高。而耐超高温陶瓷的制备方法主要采用溶胶-凝胶法制备，通常是以机械混合的方式将含锆源、碳源的化合物制成溶液，溶液通过升温交联，再高温裂解制得所需陶瓷基体，虽然制备方法简单，但溶胶久置或加热后容易凝胶化或沉淀，不能长时间存放，制备的陶瓷产物产率低，纯度不高。 

发明内容

本发明目的在于提供一种ZrC陶瓷先驱体，由其制得的ZrC陶瓷及ZrC陶瓷的制备方法，以解决现有技术中ZrC陶瓷先驱体工艺可操作性差，久置或加热后容易凝胶化或沉淀，不能长时间存放，ZrC陶瓷产率低，纯度不高的技术问题。 

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种ZrC陶瓷先驱体，其特征在于，包括锆源、碳源、二齿配体与溶剂，锆源、碳源、二齿配体与溶剂的摩尔比为1∶1～3∶1～2∶2～9。 

进一步地，锆源为ZrOCl₂·8H₂O。 

进一步地，碳源为酚醛树脂。 

进一步地，二齿配体为乙酰丙酮、水杨酸或乙二醇。 

进一步地，溶剂为无水乙醇。 

一种由前述陶瓷先驱体制备而成的ZrC陶瓷。 

一种ZrC陶瓷的制备方法，包括以下步骤， 

(1)将权利要求1～5中任意一项的ZrC陶瓷先驱体溶液在反应温度为100～250℃下进行交联反应0.5～4h； 

(2)在惰性气氛下或真空条件下，在裂解反应温度为1400～1600℃进行裂解反应0.5～2h，得到ZrC陶瓷。 

进一步地，交联反应温度为160～180℃。 

进一步地，裂解反应温度为1500～1550℃。 

本发明具有以下有益效果： 

本发明提供的ZrC陶瓷先驱体溶液，加入了二齿配体，使二齿配体和锆源形成了具有稳定芳香性结构的配合中间体，与碳源在室温下不容易分相或产生沉淀，解决了现有技术中ZrC陶瓷先驱体结构不稳定，长久放置容易产生沉淀或分相的问题。 

本发明提供的ZrC陶瓷及其制备方法，由于锆源与碳源互溶更彻底，结合更紧密，降低了碳源与锆源之间结合过程中的能量损失，使ZrC陶瓷先驱体进行交联和裂解反应过程中，裂解温度更低，裂解转化后得到的ZrC陶瓷产物的纯度更高、结晶性更好，晶粒细小、均匀。 

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。 

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1是本发明优选实施例的红外光谱图； 

图2是本发明优选实施例的先驱体存放三天后的照片； 

图3是本发明优选实施例的XRD图谱； 

图4是本发明对比例的XRD图谱； 

图5是本发明优选实施例的SEM图； 

图6是本发明对比例的SEM图； 

图7是本发明实施例1～3的XRD图谱。 

具体实施方式