[发明专利]一种聚合物前驱体陶瓷气凝胶的制备方法

说明书

本发明提出一种聚合物前驱体陶瓷气凝胶的制备方法，包括以下步骤：在惰性气氛保护下，以聚碳硅烷作为聚合物前驱体，均匀分散于有机溶剂中，配制成前驱体溶液；将该前驱体溶液置于惰性气氛中，可选择性地加入铂催化剂，发生硅氢加成反应得到前驱体凝胶；将前驱体凝胶干燥，得到前驱体气凝胶；将前驱体气凝胶置于惰性气氛中进行高温裂解，得到陶瓷气凝胶。本方法所用原料组成简单，前驱体合成工艺简单，避免外加乙烯基类物质，所得碳化硅陶瓷气凝胶含氧量低、纯度高、C/Si比可调、陶瓷产率高。

技术领域

本发明属于陶瓷气凝胶领域，涉及一种聚合物前驱体陶瓷气凝胶的制备方法。

背景技术

快速热交换和长时高温等极端环境对隔热材料提出了苛刻的要求。陶瓷气凝胶由于具有低密度、低热导率、高孔隙率、高比表面积、优异的耐火和耐腐蚀等性能而被认为是良好的隔热材料。

聚合物前驱体陶瓷是通过聚合物陶瓷前驱体直接高温裂解得到陶瓷材料可用来制备陶瓷纤维、陶瓷涂层、陶瓷薄膜、陶瓷基复合材料等。聚合物前驱体转化制备的陶瓷材料，由于具有独特的纳米多相结构，前驱体可设计性强，良好的高温稳定性、优越的加工性等特点，使其在隔热材料领域具有巨大应用前景。

碳化硅陶瓷气凝胶材料具有优越的耐高温、抗氧化等性能，是一种很有潜力的耐高温气凝胶材料。目前，制备碳化硅气凝胶材料主要有以下三种方法：

(1)模板法。CN103864076A公开了基于SiO₂气凝胶为模板的碳化硅气凝胶制备方法，先制备SiO₂气凝胶，然后在其孔中加入碳材料或含碳化合物，通过碳热还原的方法制备碳化硅气凝胶，或者将制备的二氧化硅溶胶加入碳材料，再制成二氧化硅气凝胶复合材料，最后通过碳热还原制备碳化硅气凝胶。这种方法制备过程复杂，成本较高，不利于推广应用。

(2)多源前驱体法。CN102897764B公开了一种块状碳化硅气凝胶材料及其制备方法，其制备方法是使用苯二酚、甲醛、硅源、水、乙醇作为原料，采用一锅法，经过溶胶-凝胶、老化和常压干燥得到RF-SiO₂复合气凝胶，RF-SiO₂复合气凝胶在氩气保护下进行碳热还原反应，然后在空气中煅烧即得到块状碳化硅气凝胶材料。CN105601316B公开了一种碳化硅气凝胶及其制备方法，以结构中含有Si-H的聚碳硅烷为硅源，二乙烯基苯为碳源，在Pt催化剂作用下形成碳化硅凝胶，经干燥、高温煅烧得到碳化硅气凝胶。这种方法制备工艺繁琐、原料种类较多、制备难度大，同时也导致碳化硅气凝胶材料收率相对较低。

(3)单源前驱体法。CN107324339A公开了一种碳化硅气凝胶及其制备方法，先将一种含有Si-H和Si-CH＝CH₂的前驱体配制成溶液，然后在150-200℃无氧条件下进行硅氢加成反应得到前驱体凝胶，最后在800-1600℃无氧条件下热处理，得到碳化硅气凝胶。该方法制备的陶瓷气凝胶不够纯净，氧量较高，陶瓷产率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种聚合物前驱体陶瓷气凝胶的制备方法。该方法所用原料组成简单，前驱体合成工艺简单，避免外加乙烯基类物质，所得碳化硅陶瓷气凝胶含氧量低、纯度高、C/Si比可调、陶瓷产率高。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚合物前驱体陶瓷气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)在惰性气氛保护下，以聚碳硅烷作为聚合物前驱体，均匀分散于有机溶剂中，配制成前驱体溶液；

(2)将该前驱体溶液置于惰性气氛中，可选择性地加入铂催化剂，发生硅氢加成反应得到前驱体凝胶；

(3)将前驱体凝胶干燥，得到前驱体气凝胶；

(4)将前驱体气凝胶置于惰性气氛中进行高温裂解，得到陶瓷气凝胶。