[发明专利]一种块体碳化硅聚合物先驱体陶瓷及共混再裂解制备方法

说明书

一种块体碳化硅聚合物先驱体陶瓷及共混再裂解制备方法，涉及陶瓷材料制备。所述块体碳化硅聚合物先驱体陶瓷命名为3D‑SiC(rGO)陶瓷，由β‑SiC、SiO_xC_y、SiO₂、rGO和游离碳组成，其中β‑SiC纳米晶弥散分布于复合rGO的SiO_xC_y/C_free无定形相中，SiO₂晶粒镶嵌于β‑SiC/SiO_xC_y/C_free基体中。该陶瓷以自制改性聚合物先驱体聚碳硅烷‑乙烯基三乙氧基硅烷‑氧化石墨烯为原料，与该先驱体裂解后获得的SiC(rGO)_p粉末按比例混合、球磨、再裂解制得。具有较高陶瓷产率和较低线性收缩率，硬度和断裂韧性表现好，微观结构均匀致密，较少孔隙、微裂纹和界面，实用性和可靠性强。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料制备，尤其是涉及一种块体碳化硅聚合物先驱体陶瓷及共混再裂解制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷作为先进结构陶瓷材料，具有硬度高、耐腐蚀、耐磨损、导热性好、化学性质稳定等突出特点，可在高温、高功率、高频率等苛刻条件下正常工作，目前已广泛应用于工业生产中，在能源、电子、化工、国防、冶金、航空航天等领域具有广阔的发展前景。

块体碳化硅陶瓷的传统制备方法有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结等。中国专利ZL 201810338310.2公开一种高强度碳化硅陶瓷的制备方法，将碳化硅粉体和碳化硅纤维作为原料，通过真空处理消除浆料中的气泡，在1500～1800℃温度下烧结1～5h，可制得强度优异的碳化硅陶瓷材料。中国专利ZL 201810304703.1公开一种反应烧结注浆成型碳化硅陶瓷的制备方法，采用气流磨生产的粒型完整饱满的碳化硅微粉以及新型高效的粘结剂为原料，通过球磨、搅拌、压力铸模、烧结等步骤，制备出密度高、游离硅残留低且分布均匀的碳化硅陶瓷。然而以上方法在产品机械性能、耐腐蚀性能、形状多样性等方面具有一定的局限性，且存在成本较高、难以大批量生产等问题。

先驱体转化法凭借制得的陶瓷产品机械性能优异、热稳定性良好、化学性质稳定等优点受到了越来越多的关注。相较于传统陶瓷的制备，先驱体转化法可以从分子水平对聚合物先驱体进行结构设计，无需添加烧结助剂，保证了陶瓷的强度、韧性等机械性能，而且烧结温度明显低于传统烧结方法，在制备性能优异、结构复杂多样的碳化硅陶瓷方面具有极大的应用价值。中国专利ZL 201910045268.X公开一种以先驱体溶液纺丝制备碳化硅纳米线的方法，以硅溶液、酚醛树脂、聚乙烯醇为原料制备先驱体溶液，通过静电纺丝得到碳化硅纳米线。中国专利ZL 201611223996.8公开一种通过载体浸渍聚碳硅烷溶液后交联、裂解，制备近化学计量比碳化硅涂层的方法。目前，先驱体转化法在制备一维、二维碳化硅材料方面工艺已相对成熟，且产品性能表现良好，但是在制备块状碳化硅陶瓷的相关研究中却面临陶瓷难以成形、失重明显、体积收缩及游离碳残留较多等诸多阻碍，其中块体成形困难的问题尤为突出。由于先驱体有机基团含量高，在裂解的过程中会产生大量气体，导致大尺寸的单片和块体陶瓷产生裂纹、气孔等缺陷，破坏了块体碳化硅陶瓷的完整性。本申请人在中国专利CN 108129151 A中公开一种利用氧化石墨烯-乙烯基三乙氧基硅烷-聚碳硅烷先驱体高温热解制备石墨烯/碳化硅纳米复合结构单片陶瓷的方法，突破了成形难的瓶颈，但是所得单片陶瓷收缩率较大，陶瓷产率较低，断裂韧性较差，在微观尺度上还存在着较多孔洞和缺陷，影响陶瓷的综合性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供低收缩率、高机械强度的一种块体碳化硅聚合物先驱体陶瓷。

本发明的另一目的在于提供高陶瓷产率的一种块体碳化硅聚合物先驱体陶瓷的共混再裂解制备方法。