[发明专利]一种石墨烯复合硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯复合硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法，包括步骤如下：(1)在N₂气氛下，将聚硅氮烷(PSZ)、石墨烯搅拌均匀，得到混合溶液；(2)将步骤(1)所得混合溶液在3～5℃/min的升温速率从室温升温至300～800℃固化1～8h；(3)将步骤(2)固化所得的物料在振动球磨机中粉碎球磨，过100～200目筛；(4)将步骤(3)所得粉料在5MPa～15MPa的压力下压制成型，冷等静压，150～250MPa，保压200～400s获得生坯；(5)将步骤(4)所得生坯在N₂气氛保护下在1000℃～1300℃的温度进行热处理，保温2h～6h，即得。本发明在前驱体制备过程引入石墨烯材料，热处理得到的陶瓷材料相对复介电常数实部和虚部增加，损耗因子增大，并且提高了材料的反射损耗。

(一)技术领域

本发明涉及一种石墨烯复合硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法，属于微波吸收领域。

(二)背景技术

传统的电磁波吸收材料密度较高，吸收能力较低，阻抗匹配特性差。新型吸波材料正朝着复合吸波材料方向发展，即通过复合同时利用两类吸波介质的优点，调节材料的电磁参数，进而改善阻抗匹配性、拓宽吸收频带，另外复合轻质吸波材料如前躯体陶瓷，可以有效降低材料密度，改善材料的吸波性能，满足新型吸波材料“薄、宽、轻、强”的需求。

前驱体转化法制备陶瓷(PDCs)是陶瓷制备史上的重大技术突破，它取代传统高温烧结制备陶瓷的方法，在较低温度下制备陶瓷的新型制备方法。前驱体陶瓷中独特的纳米结构的存在使得陶瓷具备许多特殊性能，比如半导体性、压电性、介电性等。前驱体陶瓷具有较高的相对复介电常熟实部和虚部以及介电损耗角正切，使得其在高频段的电磁波吸收的潜在能力引起了大量关注。近年来，前驱体陶瓷的电磁波吸收特性逐渐被开发。硅碳氮前驱体陶瓷(PDCs-SiCN)是具有独特的非晶结构的轻质陶瓷，其结构均一、热稳定性高，具有良好的抗蠕变性能，理论密度只有2g·cm^-3左右，在热处理过程中PDCs-SiCN陶瓷逐渐从非晶结构中析出自由碳，使其具有特殊的介电性能，被认为在吸波性能方面具有一定的潜力。而石墨烯是新型二维碳材料，其独特的电性能使其在众多科研领域逐步替代其他的传统材料。而关于石墨烯作为吸波材料也逐渐引起广泛的研究兴趣。

关于硅碳氮前驱体陶瓷已有许多文献和专利报导。Xue Guo等(CeramicsInternational 43(2017)16866-16871)介绍了聚硅氮烷聚合物前驱体的交联固化行为，指出：聚合物前驱体交联固化过程中的热聚反应化学键的变化，聚合物前驱体经过双键加成、氢化硅烷化反应、脱氢耦合反应、转氨反应等，在交联温度超过600℃后，形成了以Si-C、Si-N、C-C为主的SiCN骨架网络结构，完成从有机物到无机物的转变。

Quan Li等(Journal of the European Ceramic Society 34(2014)589–598)阐述了在高温制备的富碳型PDCs-SiCN陶瓷，制备的陶瓷热稳定性高，介电常数小，损耗高，具有较好的吸波性能，但是陶瓷的趋肤深度大，电磁屏蔽效能较低，而且反射损耗较高，电磁波吸收能力较差。

Xue Guo等(Journal of the European Ceramic Society，Accepted 16 October2017)在低温1100℃制备的PDCs-SiCN陶瓷，也存在着反射损耗较高的问题，同时低温下由于自由碳含量较低，导致制备陶瓷的介电损耗较差，电磁波吸收能力有待提升。

Xin Sun等(J.Mater.Chem.C,2013,1,765-777)报道了一种合成层状磁性石墨烯的简单方法，所制备的石墨烯具有较高的介电损耗，低密度，在X波段有良好的电磁波吸收能力。文献中指出，纯石墨烯是无磁性的，其微波损耗机制主要由介电损耗导致，然而纯石墨烯的电磁参数不平衡，导致阻抗匹配特性较差。