[发明专利]一种聚锆硼硅氮烷先驱体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚锆硼硅氮烷先驱体的制备方法，尤其是涉及一种含Si、B、N、C、Zr等元素的多元陶瓷先驱体的制备方法。

背景技术

含Si、B、N、C、Zr等元素的多元陶瓷具有优异的高温强度、高模量及优异的耐高温氧化性和高温抗蠕变性能，因此，Si-B-N-C-Zr体系陶瓷在航空、航天、兵器、舰艇等需要高强度、高模量、耐高温、抗氧化、抗热震性、高温抗蠕变材料的领域中具有重要的应用前景。

超高温陶瓷(Ultra-High-Temperature Ceramics，UHTC)（Adv. Mater. Process，2010， 168(6):26-28），一般指能够长时间在1800℃以上温度使用的陶瓷材料，能够适应高超声速长时间飞行、大气层再入、跨大气层飞行、火箭推进系统和高温金属熔炼等极端环境，可用作飞行器鼻锥、机翼前缘、发动机热端、工业高温炉壁和耐热管等关键部位，是极具潜力的超高温材（Am. Ceram. Soc. Bull，2012，91(1):22-28）。随着ZrB₂-SiC-ZrC、ZrB₂-SiC-C、ZrB₂-SiC-AlN、ZrB₂-SiC-BN等陶瓷的开发，多元体系显现出更加全面的性能优势。研究表明，ZrB₂-SiC-BN系材料具有更好的断裂韧性，主要由于BN具有一定的长径比，与其它相形成的弱界面，形成了裂纹扩展和裂纹尖端的应力松弛，从而吸收了裂纹扩展过程的能量（Mater.Des，2011，32:401-405）。在多元超高温陶瓷材料中，由ZrB₂、SiC及氮化物等构成的Si-B-N-C-Zr多元材料体系性能最为优异，具有重要的应用前景。

先驱体转化法是制备超高温陶瓷材料的有效方法。先驱体聚合物方法主要是通过锆盐或者含锆分子与有机单体的化学反应合成含Zr聚合物，热解转化制备Zr基超高温陶瓷。如将锆酸四丁酯与二乙烯基苯简单混合可以得到均匀稳定的液态先驱体，特别适用于浸渍裂解（PIP）工艺制备ZrC陶瓷（J. Mater.Sci，2010(45):6401–6405）；通过硼氮烷与Zr(NEt₂)₄反应得到的聚合物热解制备Zr-B-N多元陶瓷（J.Inorg.Organomet.Polym.Mater，2007，17(2):423-437）；通过硅氮烷与ZrCl₄或Zr(NEt₂)₄反应得到聚锆硅氮烷（Chin.Chem. Lett，2002，13(12):1225-1226；Chin. J. Polym. Sci，2003，21(1): 99-101）；利用液态聚硅碳硅烷PSCS与Zr(acac)₄反应制备Si-Zr-C陶瓷先驱体（J. Eur. Ceram. Soc，2002 (22): 2577-2585），通过PSCS与Cp₂ZrCl₂，ZrCl₄，Zr(NEt₂)₄混合后在380℃裂解反应也能获得Si-Zr-C陶瓷先驱体（高分子学报，2008(6): 621-625），采用电化学合成方法也可以合成Si-Zr-C陶瓷先驱体（高分子学报，2011(6): 596-601）。

但是，目前尚没有关于Si-B-N-C-Zr陶瓷先驱体或聚锆硼硅氮烷先驱体制备方法的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种聚锆硼硅氮烷先驱体的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的的技术方案是：一种聚锆硼硅氮烷先驱体的制备方法，包括以下步骤：

（1）按有机锆化合物:硼卤烷:卤硅烷:小分子二硅氮烷的摩尔比为1:0.1-10（优选1-8）:0.1-10（优选1-8）:3-30（优选4-15）的比例称取有机锆化合物、硼卤烷、卤硅烷、小分子二硅氮烷；