[发明专利]二硅化钼/碳化硅三维聚合物先驱体陶瓷及其制备方法

说明书

二硅化钼/碳化硅三维聚合物先驱体陶瓷及其制备方法，涉及陶瓷材料制备。将先驱体PVG粉末置于石墨纸舟中在惰性气氛保护下高温裂解，将MoSi₂和裂解后的SiC(rGO)p陶瓷颗粒、先驱体PVG粉末混合形成MoSi₂/SiC(rGO)p/PVG混合物，然后在酒精介质中进行球磨混合均匀后置于烘箱中烘干；装入模具中模压成型，脱模后得素坯，放入惰性气氛管式炉内进行高温烧结，随炉冷却后即得到黑色的二硅化钼/碳化硅三维聚合物先驱体陶瓷，简称3D‑SiC(rGO,MoSi_2x)纳米复合块体陶瓷，其中x为二硅化钼占整个素坯的质量分数。具有较高的热导率和电导率，良好成型性与成分均匀性；工艺简单经济。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料制备，尤其是涉及一种二硅化钼/碳化硅三维聚合物先驱体陶瓷及其制备方法。

背景技术

碳化硅(silicon carbide,SiC)作为先进陶瓷材料，具有优良的力学性能、耐高温性能、抗热震性能、化学稳定性、耐腐蚀性等优异性能，在高温、高频率、高功率等恶劣的环境条件下也表现出良好的性能，常被用于制作耐腐蚀材料、耐磨材料、耐高温构件、高精密构件等，在微电子系统、机械、化工、冶金、航空航天、国防军工等领域都有着不可或缺的应用。

目前，SiC陶瓷可以通过常压烧结、热压烧结、反应烧结等制备方法得到。中国专利ZL200910098377.4公开一种固相常压烧结碳化硅陶瓷的制备方法，以亚微米级碳化硅粉、石墨粉和碳化硼粉作为原料，经过球磨、喷雾造粒、模压成型以及真空烧结等工艺制得性能优越、耐腐蚀的碳化硅块体陶瓷。中国专利ZL 201110438186.5公开一种采用热压烧结制备碳纳米管增强增韧碳化硅陶瓷的方法，以碳化硅微粉、碳化硼微粉、碳粉、碳纳米管、粘结剂以及分散剂为原料，经过球磨、搅拌、干燥粉碎等步骤后升温至1900～2200℃加压15～35MPa，获得碳纳米管增强增韧碳化硅陶瓷。中国专利ZL 201610850564.3公开一种多步反应烧结法制备低残硅的碳化硅陶瓷材料的方法，往碳化硅粉中混入不同碳源，添加酚醛树脂或PVA机械混料，在1600～1700℃真空条件下烧结得到导热性能、高温力学性能更优的高致密度碳化硅陶瓷，同时解决了碳化硅陶瓷中残留硅含量过高导致机械性能差的问题。然而，上述方法通常需添加助剂，易引入杂质相，影响产品性能，并且所需的烧结温度较高，生产成本较高。

先驱体转化法是指通过化学合成制得可经热解转化成陶瓷的有机聚合物，再对其进行交联固化、高温裂解处理获得最终陶瓷产物的方法与工艺，具有分子结构可设计性、成分可控且纯度高、良好可加工性、制备温度较低、无需添加烧结助剂、陶瓷产品性能良好等独特优势。先驱体转化法是传统陶瓷工艺的发展与创新，在制备碳化硅陶瓷纤维、薄膜与涂层中应用广泛。中国专利ZL 201710285798.2公开一种高耐温性的高结晶近化学计量比连续SiC纤维的制备方法，将聚碳硅烷与异质元素化合物反应制得改性先驱体并对其进行纺丝，之后在不熔化处理和烧结过程中引入硼化物得到连续致密SiC纤维。中国专利ZL201610281612.1公开一种碳纳米管—SiC薄膜的制备方法，提高SiC薄膜的高温抗氧化以及抗烧蚀性能。尽管先驱体转化法的优势十分显著，但在制备碳化硅三维陶瓷方面仍存在许多问题。聚碳硅烷先驱体在裂解中逸出大量小分子气体，使陶瓷内部产生大量孔洞影响致密程度，或者发生收缩导致陶瓷产生大量裂纹，最终造成严重损坏无法成型，而且无定型SiOxCy相和游离碳相的存在使得碳化硅陶瓷力学性能较差。中国专利ZL 201711494377.7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/碳化硅单片陶瓷的方法，在先驱体法制备碳化硅三维陶瓷领域取得了新突破，但所得单片陶瓷综合性能不佳，限制了其应用。中国专利CN 110467467 A中公开一种共混再裂解方法，使得石墨烯/碳化硅单片陶瓷具有较高的陶瓷产率以及较低的线形收缩率，但陶瓷耐高温性、断裂韧性等功能特性有待提高。