[发明专利]一种聚铜碳硅烷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚铜碳硅烷的制备方法。

背景技术

国防、航空航天、能源等领域对材料的轻质、高强、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、抗磨损等性能提出了越来越高的要求。发展高性能陶瓷及其复合材料代替传统高温合金和难熔金属材料成为今后的主要研究方向。

SiC陶瓷具有高强度、高模量、耐高温、抗腐蚀、抗氧化、低密度等优异性能。根据理论推测，纯β-SiC晶体可耐高温达2600℃。但现有SiC陶瓷并不是有纯β-SiC晶体组成，因此耐高温性能却远达不到此理论温度。在升温过程中，当温度达到1400℃以上时，原有的β-SiC微晶不断从连续相获得新的补充，使晶粒急剧长大，而原来的玻璃态连续相变成大晶粒间的隔离层，大的晶粒与充满缺陷的隔离层间形成很大的界面应力，造成SiC陶瓷力学性能下降。

因此，对于制备高性能SiC陶瓷来说，最大的问题是防止超高温下β-SiC晶粒过分长大。为了改善SiC陶瓷的性能，在制备SiC陶瓷先驱体过程中引入异质元素，合成含异质元素的SiC陶瓷，已经成为当今高性能SiC陶瓷材料发展的主流。

制备高性能的SiC陶瓷先驱体转化法，在SiC陶瓷先驱体中引入异质元素，使SiC陶瓷保留较高的强度及其他综合性能，技术关键在含异质元素SiC陶瓷先驱体的合成。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种适合用于碳化硅纤维、碳化硅陶瓷及PIP法制备碳化硅陶瓷基复合材料的聚铜碳硅烷的制备方法。

具体步骤为：

(1)将质量分数为3%～25%的含铜有机物和软化点为80～450℃质量分数为75%～97%的主链含硅低分子量聚合物放入反应容器中混合，加入5～10毫升分析纯二甲苯，用搅拌器搅拌。

(2)将步骤（1）反应容器放置在加热套上，连接好制备聚铜碳硅烷的装置。

(3)用真空泵抽真空2～5次，在惰性气体保护下，通入冷凝水，按照0.1～5℃/min升温速率，从室温升至220～450℃进行热分解重排反应，反应时间为4～20小时。

(4)反应结束后冷却至室温，即得到固态聚铜碳硅烷。

所述含铜的有机物为乙酰丙酮铜、二茂铜或烷氧基化合物Cu(OR)₂，烷氧基化合物Cu(OR)₂中R=Me、Et、Pt或Bz。

所述主链含硅的低分子量聚合物为聚碳硅烷、聚硅碳硅烷和聚二甲基硅氧烷中的一种。

所述惰性气体为氮气、氩气、氦气和氖气中的一种。

所述制备聚铜碳硅烷的装置设有电热套、四口烧瓶,四口烧瓶上连接有热电偶、N₂进气口和搅拌器、冷凝管;冷凝管的上端通过冷凝管接头接真空泵和尾气收集容器，冷凝管的下部设有冷凝水进口，冷凝管的上部设有冷凝水出口，热电偶和电热套之间连接温控仪。

发明工艺简单、成本较低，制备的聚铜碳硅烷能作为碳化硅陶瓷基复合材料、碳化硅纤维、块状碳化硅陶瓷的先驱体。

附图说明

图1为本发明实施例制备聚铜碳硅烷的装置结构组成示意图。

图中标记为：1-电热套2-四口烧瓶;3-搅拌器；4-冷凝管；5-热电偶6-冷凝管接头；7-真空泵和尾气收集容器；8-温控仪；9-N₂进气口10-真空泵11-冷凝水进口;12-冷凝水出口。

具体实施方式

下述实施例所用制备聚铜碳硅烷的装置如图1所示，制备聚铜碳硅烷的装置设有电热套1、四口烧瓶2,四口烧瓶2上连接有热电偶5、N₂进气口9、搅拌器3和冷凝管4;冷凝管4的上端通过冷凝管接头6分别接真空泵10和尾气收集容器7，冷凝管4的下部设有冷凝水进口11，冷凝管4的上部设有冷凝水出口12，热电偶5和电热套1之间连接温控仪8。

实施例1：

(1)将3g质量分数为3%的乙酰丙酮铜和18.5g软化点为80℃质量分数为75%的聚碳硅烷放入反应容器中混合，加入10毫升分析纯二甲苯，用搅拌器搅拌。

(2)将步骤（1）反应容器放置在加热套上，连接好制备聚铜碳硅烷的装置。

(3)用真空泵抽真空3次，在氮气保护下，通入冷凝水，按照0.5℃/min升温速率，从室温升至400℃进行热分解重排反应，反应时间为10小时。

(4)反应结束后冷却至室温，即得到固态聚铜碳硅烷。

实施例2：