[发明专利]一种聚硅铝碳氮陶瓷微球及其制备方法和应用

说明书

本发明属于功能材料领域，公开了一种聚硅铝碳氮陶瓷微球及其制备方法和应用。本发明通过氨解法和接枝法可合成不同铝含量的液态纯聚硅铝氮烷前驱体，该前驱体本身就可以作为制备具有耐高温耐磨损的聚硅铝碳氮多元陶瓷。以聚硅铝氮烷为先驱体聚合物，OP‑10为乳化剂，采用先驱体转化法结合乳液工艺制备的硅铝碳氮陶瓷微球尺寸均匀，具有良好的化学稳定性、耐高温和耐腐蚀性，可作为功能性填料，用于涂料、磨具等各个方面，能显著提高耐高温耐腐蚀以及隔热等性能。

技术领域

本发明属于功能材料领域，特别涉及一种聚硅铝碳氮陶瓷微球及其制备方法和应用。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对于外界的探索也越来越广泛，同时人们对各个领域使用的工具设备的要求也越来越高。陶瓷材料具有耐高温，耐腐蚀和耐磨损性等优良性能，因而被广泛应用于航空航天，军工，生物医学，涂料等各个领域。近年来含有异质元素的新型Si-C-N-M多元前驱体，其中含有铝元素的聚硅铝氮烷，由于分子中引入了铝元素，使聚硅铝氮烷能表现出良好的耐高温性、抗氧化性以及机械稳定性。

陶瓷微球一般指粒径为微纳米级的无机非金属多晶球体或近似球体，有实心、空心、核壳和多孔微球等形式。关于硅铝碳氮陶瓷微球的制备及应用目前未见文献报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种聚硅铝碳氮陶瓷微球的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的聚硅铝碳氮陶瓷微球。

本发明再一目的在于提供上述聚硅铝碳氮陶瓷微球作为填料在功能材料、涂料中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种聚硅铝碳氮陶瓷微球的制备方法，包括以下步骤：

(1)液态聚硅氮烷的制备：在惰性气体保护下，向容器中加入溶剂、乙烯基氯硅烷和甲基二氯硅烷，然后在-5～10℃下通入高纯氨气发生氨解反应，氨解反应结束后继续在惰性气氛下反应一段时间，然后在惰性气氛保护下过滤，将所得滤液减压蒸馏除去溶剂即得到粘性的液态聚硅氮烷；

(2)液态聚硅铝氮烷的制备：在惰性气体保护下，在-5～5℃向步骤(1)中得到的液态聚硅氮烷中加入有机铝的甲苯溶液，低温搅拌一段时间后自然升至室温下继续反应，即得到液态聚硅铝氮烷；

(3)聚硅铝氮烷微球的制备：将烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)加入到溶剂中形成混合溶液，然后将步骤(2)中制备的液态聚硅铝氮烷加入到混合溶液中，搅拌使液态聚硅铝氮烷溶解得到均匀的乳液，再倒入高压反应釜中固化，将固化后的反应产物纯化即得到聚硅铝碳氮微球；

(4)聚硅铝碳氮微球陶瓷化：将步骤(3)制备得到的聚硅铝碳氮微球放入Al₂O₃坩埚中，置于管式炉内高温热解即得到聚硅铝碳氮陶瓷微球。

步骤(1)中的操作均在惰性气氛保护下进行，所述的惰性气氛优选为氩气、氮气中的至少一种；

步骤(1)中所述的溶剂为甲苯或四氢呋喃；优选为无水甲苯或无水四氢呋喃；

步骤(1)中所述的乙烯基氯硅烷为甲基乙烯基二氯硅烷、乙烯基三氯硅烷中的至少一种；步骤(1)中所述的乙烯基氯硅烷和甲基二氯硅烷均优选为纯化后的乙烯基氯硅烷和甲基二氯硅烷；

步骤(1)中所述的溶剂、乙烯基氯硅烷和甲基二氯硅烷的用量满足：乙烯基氯硅烷、甲基二氯硅烷和溶剂的质量比为10～20:0～20:60～90；

步骤(1)中所述的高纯氨气是指纯度为99.9999％的氨气；步骤(1)中所述的通入氨气发生氨解反应是指在-5～10℃范围以90～150mL/min的速度通入氨气氨解1～4h；步骤(1)中所述的氨解需在无水无氧的条件下进行。