[发明专利]一种二硼化锆陶瓷前驱体的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及材料化学技术领域，具体涉及一种二硼化锆陶瓷前驱体的制备方法。

背景技术

    近年来，难熔金属碳／硼化物陶瓷改性的碳／碳复合材料因具有低密度、高比强、高比模、抗烧蚀、抗热震等众多优异性能而受到广泛关注，特别是其突出的抗高温氧化性能，使该类复合材料在高超声速飞行器上显示出诱人的应用前景。目前，这种碳陶复合材料主要通过前驱体浸渍裂解)工艺来构建，即先将多孔的低密度碳纤维预制体浸渍在难熔金属碳／硼化物陶瓷前驱体溶液中，通过分子扩散和渗透作用使前驱体大分子进入预制体基体，然后在高温作用下发生裂解，生成相应的陶瓷粉体，从而形成MX陶瓷改性的C／C复合材料。在此工艺中，陶瓷前驱体的选择与制备至关重要。一般来说，所选择的陶瓷前驱体须具有一定的溶解度，以便形成均相浸渍液，从而保证裂解后陶瓷组分在复合材料基体中分散均匀；此外，陶瓷前驱体还须具备较高的陶瓷转化率。例如，

将醋酸锆与酚醛树脂混合形成ZrC陶瓷前驱体，利用PIP工艺制备了一种ZrC陶瓷改性的C／C复合材料；关于ZrB₂陶瓷改性C／C复合材料的研究至今鲜见报道。

目前，ZrB₂陶瓷前驱体的制备方法主要有溶胶-凝胶法、锆的二酮化物与硼酸和酚醛树脂共混一反应法以及含硼聚合物与氧化锆共混法。由于上述方法所制备的ZrB₂陶瓷前驱体均不能形成均相浸渍液，无法满足PIP工艺制备ZrB₂陶瓷改性的C／C复合材料的要求，因此开发一种新的方法来制备ZrB₂陶瓷前驱体显得尤为必要与重要。

发明内容

本发明旨在提出一种二硼化锆陶瓷前驱体的制备方法。

本发明的技术方案在于：

    一种二硼化锆陶瓷前驱体的制备方法，采用如下步骤：

步骤1：原料：

八水氧氯化锆，邻羟基苯甲醇，乙酰丙酮和硼酸；

步骤2：含锆聚合物PZS的合成：

将乙酰丙酮(2g，0.02mol)、邻羟基苯甲醇、三乙胺 (2.02g，0.02mol)和甲醇(25mL)混合均匀，而后于常温，再滴加至装有氧氯化锆(3.22 g，0.01mol)甲醇溶液(50mL)的三口烧瓶中；

滴加完毕后，在常温下搅拌反应6h；将反应液依次经过旋转蒸发、四氢呋喃溶解、过滤、滤液浓缩、正己烷沉淀、沉淀于室温真空干燥等步骤，得到淡黄色的含锆聚合物粉末；

步骤3：ZrB₂陶瓷前驱体的制备：

首先，将含锆聚合物PZS(5g)溶于丙酮(95g)形成溶液I；

将硼酸(5g)溶于乙醇(95g)形成溶液Ⅱ；

将溶液I与溶液Ⅱ混合均匀，在40～50℃温度下使溶剂完全挥发后，即可得到ZrB₂陶瓷前驱体。

优选地，将所制备的ZrB₂陶瓷前驱体放入裂解炉中，在氩气气氛下依次进行固化和裂解，得到ZrB₂陶瓷粉末。

更优选地，所述的由ZrB₂陶瓷前驱体得到ZrB₂陶瓷粉末的固化和裂解中温度变化为：室温-150℃／2h-170℃／2h-200℃／2h；裂解温度200℃，升温速率为2℃／min。

本发明的技术效果在于：

    本发明氧氯化锆与乙酰丙酮及邻羟基苯甲醇在碱性条件下发生缩聚反应可生成一种含锆聚合物，该聚合物与硼酸在溶液中共混，可得到ZrB₂陶瓷前驱体。采用该方法制备的陶瓷前驱体可形成均相的浸渍液，具有较高的陶瓷转化率，满足PIP工艺的要求，在构建ZrB₂陶瓷改性的C／C复合材料方面具有广阔的应用前景。

具体实施方式

    一种二硼化锆陶瓷前驱体的制备方法，采用如下步骤：

步骤1：原料：

八水氧氯化锆，邻羟基苯甲醇，乙酰丙酮和硼酸；

步骤2：含锆聚合物PZS的合成：

将乙酰丙酮(2g，0.02mol)、邻羟基苯甲醇、三乙胺 (2.02g，0.02mol)和甲醇(25mL)混合均匀，而后于常温，再滴加至装有氧氯化锆(3.22 g，0.01mol)甲醇溶液(50mL)的三口烧瓶中；

滴加完毕后，在常温下搅拌反应6h；将反应液依次经过旋转蒸发、四氢呋喃溶解、过滤、滤液浓缩、正己烷沉淀、沉淀于室温真空干燥等步骤，得到淡黄色的含锆聚合物粉末；