[发明专利]一种SiHfOC陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种SiHfOC陶瓷材料及其制备方法，以小分子量的硅树脂为原料，采用溶胶‑凝胶的方法将无机铪盐引入形成含Hf的PSO先驱体，通过先驱体交联、高温裂解得到SiHfOC陶瓷。该过程中采用的硅树脂为甲基硅树脂(MK)溶于乙醇，无机铪盐为氯氧化铪(HfOCl₂·8H₂O)，溶于乙醇，加入螯合剂后混合制备溶胶，静置后形成凝胶。本发明SiHfOC陶瓷的制备方法，提高了SiOC陶瓷的耐高温性能，具有成本低廉、耐高温性能好且工艺简单、对设备要求低等优点。

技术领域

本发明属于耐高温陶瓷材料技术领域，具体涉及一种SiHfOC陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

SiOC陶瓷是一种具有高性价比的轻质耐高温结构材料，具有低密度(2.2g/cm³)、较好的高温稳定性、化学稳定性等优点。在航空航天领域具有很好的应用价值。SiOC陶瓷材料的力学性能、高温稳定性、化学稳定性等都要明显优于传统的SiO₂材料；同时，SiOC陶瓷材料还可以有多样化的分子结构或者成分，使其具有发光、介电等功能特性，可用作轻质高温结构材料、光学材料、电子封装陶瓷基片材料、锂离子电池电极材料等，因此SiOC陶瓷材料得到了广泛的关注和研究。

SiOC陶瓷材料主要由聚硅氧烷(polysiloxane，PSO)在高温条件下裂解转化而成。聚硅氧烷种类多，价格低，陶瓷产率高，理化性能优良，在空气中稳定性高，操作安全性好，被认为是制备高性价比陶瓷材料的理想原料。然而，由于SiOC陶瓷具有亚稳的三元结构，在高温下会发生重排分相及碳热还原反应导致其性能下降，限制了SiOC陶瓷的耐高温性能及高温应用。

对PSO转化SiOC陶瓷的结构进行改性可以提高其热稳定性。其中，在PSO分子结构中引入异质元素M，既能充分发挥PSO的特点和优势，又能在分子级甚至原子级水平上均匀调控SiOC陶瓷的精细结构，适用面广，具有很好的发展前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种SiHfOC陶瓷材料及其制备方法，是一种工艺方法简单、操作方便、制备的SiHfOC陶瓷耐高温性能好的SiHfOC陶瓷的制备方法。

本发明所述的一种SiHfOC陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

1)制备铪溶胶：将HfOCl₂·8H₂O溶于乙醇，HfOCl₂·8H₂O与乙醇的质量比为(1-4):4，加入螯合剂，螯合剂与HfOCl₂·8H₂O的物质的量比为(1-4)：1，搅拌得到铪溶胶；

2)制备凝胶：用硅树脂乙醇溶液与上步骤得到的铪溶胶按照5：(2-3)的质量比混合，干燥静置后形成凝胶；所述的硅树脂乙醇溶液的质量浓度为30-60％；

3)制备先驱体：将上步骤得到的凝胶加热到150-250℃，充分干燥后得到铪改性聚硅氧烷先驱体；

4)制备SiHfOC陶瓷材料：利用先驱体转化法将上步骤得到的先驱体在惰性气氛下进行高温裂解，高温裂解的温度为1000-1200℃，高温裂解的时间为30-120min，裂解完成后得到SiHfOC陶瓷材料。

本发明步骤1)所述的螯合剂选自乙酰丙酮。

步骤1)所述的搅拌得到铪溶胶，是在室温条件下，采用磁力搅拌10-30min得到铪溶胶。

步骤2)所述的硅树脂，选自小分子量的甲基硅树脂(MK)，MK是一种溶解在甲苯中的甲基硅树脂，该树脂有很高的SiO₂含量，完全氧化后含有80％SiO₂，按照固体树脂含量计算。

步骤2)所述的干燥静置后形成凝胶，是在室温干燥静置9-17h后形成凝胶。