[发明专利]含异质元素的聚碳硅烷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含异质元素的聚碳硅烷及其制备方法，包括如下步骤：将含异质元素的化合物与聚碳硅烷的混合物进行辐照处理，得产物，即可。本发明的反应条件温和，反应设备简单，反应过程可控；在反应过程中异质元素不会升华流失，利用率高；同时，本发明的产物的分子量分布较窄、陶瓷产率高，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及新型陶瓷基复合材料领域，特别涉及一种含异质元素的聚碳硅烷及其制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷基复合材料具有良好的力学性能，耐温性，抗氧化性，稳定的化学性能，其相对于碳化硅陶瓷具有更好的韧性，广泛应用在航天、航空、兵器等国防尖端科技领域。比如飞机、战斗机的刹车片，火箭的尾部喷管等。

目前主要采用先驱体转化法制备碳化硅陶瓷基复合材料。先驱体浸渍裂解法(PIP)是目前制备碳化硅陶瓷基复合材料最主要的方法之一，先驱体浸渍裂解法是以有机聚合物为先驱体(聚碳硅烷是最重要的先驱体之一)，利用其可溶、可熔等特性成型后，经高温热分解处理，使之从有机物转变为无机陶瓷材料的方法与工艺。

在使用PCS制备的陶瓷基复合材料过程中，PCS生成的陶瓷其晶粒在高温下容易长大，使得其力学性能下降。先驱体浸渍裂解法要求先驱体具有较高的陶瓷产率。而含异质元素聚碳硅烷制备陶瓷基复合材料时能达到抑制晶粒长大的作用，而且，其陶瓷产率相对PCS更高。

所以，对PCS进行物理或化学改性，制备出综合性能优异的碳化硅陶瓷基复合材料，尤其是含Al、Ti、Zr、Ta、B等异质元素的碳化硅陶瓷基复合材料，已成为当今碳化硅陶瓷领域的研究主流。引入异质元素对先驱体进行改性，其优点是不需要对PIP工艺路线进行很大改进，只需在先驱体中引入少量的异质元素，从而大幅改善碳化硅陶瓷基复合材料力学性能、耐温性、抗氧化性等。在PCS中引入异质元素，能有效的愈合PCS烧结制备碳化硅陶瓷过程中产生的空洞和裂纹缺陷，提高碳化硅陶瓷基复合材料的致密化程度。β-碳化硅晶粒高温下快速长大是碳化硅陶瓷基复合材料强度下降的重要原因之一，陶瓷中引入异质元素后，异质元素能进入β-碳化硅晶粒内部，抑制β-碳化硅晶粒在高温下的长大，从而使碳化硅陶瓷基复合材料在高温下能保持良好的力学性能。另一方面，异质元素会与Si-H键反应，加快PCS的交联网络化，提高其陶瓷产率。

常规的引入异质元素的方法是热加聚法，将PCS与含异质元素的化合物放入容器中混合，在惰性气氛的保护下，于300℃以上高温条件下进行反应，反应结束后，即得到PMCS的粗产品。现有的常规的热加聚法得到的产品分子量分布系数为2.5～3.0，产率为80～90％。由于热加聚法一般需要加热到300℃以上，不利于实验安全；而且某些含异质元素的化合物诸如Al(Ac)₃和Zr(Ac)₃容易升华，使得异质元素M的含量很难控制，导致反应物利用率较低；此外，热聚合法制得的PMCS分子量分布宽，含有一定量的大分子，难以浸渍；含有一定量的小分子，易挥发，陶瓷产率低。亟需研究出一种新型的将异质元素引入聚碳硅烷的方法，以期生产出分子量分布窄、陶瓷产率高陶瓷先驱体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有含异质元素的聚碳硅烷的制备方法存在的加热温度高、制备或实验过程不安全；部分异质元素易升华，产物异质元素的含量难以控制，利用率低；产物分子量分布较宽，难以浸渍导致陶瓷产率低的缺陷，从而提供了一种含异质元素的聚碳硅烷及其制备方法，本方法的反应条件温和，反应物利用率高，且产物分子量分布较窄，陶瓷产率高。

本发明是通过如下技术方案解决上述技术问题的：

本发明的技术方案是提供了一种含异质元素的聚碳硅烷的制备方法，包括如下步骤：

将含异质元素的化合物与聚碳硅烷的混合物进行辐照处理，得产物，即可。

本发明中，所述聚碳硅烷的分子量为本领域常规，较佳地，所述聚碳硅烷的分子量为300～5000。