[发明专利]一种富碳先驱体陶瓷的制备方法及制得的富碳先驱体陶瓷

说明书

本发明涉及一种富碳先驱体陶瓷的制备方法及制得的富碳先驱体陶瓷，所述方法包括：将碳源与含Si‑H键的聚硅聚合物混合均匀，得到混合液；将得到的混合液在65～80℃的条件下保温10～20h，得到混合料；将得到的混合料进行固化，得到固化产物；将得到的固化产物依次进行粉碎、研磨和过筛，得到固化产物的粉末，然后将所述粉末进行压制成型，得到先驱体；将得到的先驱体进行烧结，制得富碳先驱体陶瓷；其中，所述碳源选自由二乙烯基苯、乙烯基乙炔基苯和二乙炔基苯组成的组。本发明方法能够显著提高先驱体陶瓷中碳含量，本发明制备的富碳先驱体陶瓷碳含量高、电导率高。

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，尤其涉及一种高电导率的富碳先驱体陶瓷的制备方法及制得的富碳先驱体陶瓷。

背景技术

随着核反应堆、超高速飞行器以及航空发动机等技术的快速发展，人们对高温领域的控制要求越来越高，也对现有高温传感器的发展提出了新的要求。目前常用的高温传感器很难同时满足稳定性和精度要求：热电偶传感器虽然工作温度高，但稳定性差且以高温老化；非接触式传感器虽然不易腐蚀但精度不足；电阻式传感器虽然精度高，但无法承受很高的温度。而先驱体陶瓷作为一种新型的高温半导体材料，具有较高的热稳定性、抗氧化性以及优异的压电电阻效应。这些优异的性能使得先驱体陶瓷(例如SiCN先驱体陶瓷)在高温传感器领域具有很高的应用潜力。

现有先驱体陶瓷一般采用先驱体转化法制备得到，但是制备的先驱体陶瓷由于碳含量很低，导致陶瓷电导率低，常温下近乎绝缘，极大地限制了这种材料的应用范围。而目前常用的提高先驱体陶瓷中碳含量的方法是机械地混入高碳含量的物质，但这些物质在烧结过程中大部分会高温分解，造成失重，严重影响先驱体陶瓷的陶瓷产率。因此，需要新的制备方法将先驱体碳源引入至先驱体陶瓷中，在避免碳源在烧结过程中分解失重和陶瓷产率降低的条件下，制备碳含量高的先驱体陶瓷。

中国专利申请CN201510960026.5以及中国专利申请CN201510957515.5公开了聚硅氮烷或聚碳硅烷先驱体与交联剂二乙烯基苯进行硅氢加成聚合反应形成先驱体凝胶，从而制备气凝胶材料。王雯等在《低温合成PSN微球及其裂解制备Si-C-N空心陶瓷微球》的文章中也公开了二乙烯基苯作为交联剂，与含乙烯基聚硅氮烷进行交联固化反应，合成聚硅氮烷微球(参见：王雯,刘洪丽,李婧,等.低温合成PSN微球及其裂解制备Si-C-N空心陶瓷微球[J].人工晶体学报,2015,44(9):2468-2473.)。但是这些技术均未提及二乙烯基苯作为碳源提高先驱体陶瓷的碳含量，从而提高电导率。中国专利申请CN201410270450.2公开了一种非极性碳化锆液相陶瓷前驱体的制备方法，该专利申请以聚锆氧烷作为锆源、二乙烯基苯作为碳源复配得到非极性碳化锆液相陶瓷前驱体，目的是提高陶瓷材料的超高温抗氧化性能，降低烧蚀率，并不是为了提高陶瓷材料的碳含量，此外，该专利中碳化锆陶瓷化产物中碳含量仅为10.5wt％。

发明内容

为解决现有先驱体陶瓷中碳含量低，电导率低的问题，本发明的目的在于提供一种制造简便、成本低、明显提高先驱体陶瓷中的碳含量的同时使得碳在陶瓷中均匀分布，并且在先驱体陶瓷的高温烧结过程中不降低陶瓷产率的新方法，制备一种电导率高的富碳先驱体陶瓷。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种富碳先驱体陶瓷的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将碳源与含Si-H键的聚硅聚合物混合均匀，得到混合液；

(2)将步骤(1)得到的混合液在65～80℃的条件下保温10～20h，得到混合料；

(3)将步骤(2)得到的混合料进行固化，得到固化产物；

(4)将步骤(3)得到的固化产物依次进行粉碎、研磨和过筛，得到固化产物的粉末，然后将所述粉末进行压制成型，得到先驱体；

(5)将步骤(4)得到的先驱体进行烧结，制得富碳先驱体陶瓷；