[发明专利]一种低含氧高纯度聚碳硅烷的制备方法

说明书

一种低含氧高纯度聚碳硅烷的制备方法，包括以下步骤：用有机溶剂熔融碱金属，滴加二甲基二氯硅烷生成聚二甲基硅烷；用无水醇反应剩余反应物，过滤除去溶剂；清洗碱金属氯化物和氢氧化物，过滤得到粗聚二甲基硅烷；抽真空除去水分和硅氧烷，得到精聚二甲基硅烷；常压高温裂解聚二甲基硅烷收集馏分；馏分常压高温合成聚碳硅烷。本发明对聚二甲基硅烷抽真空除去水分和硅氧烷，降低聚二甲基硅烷的含氧量；对聚二甲基硅烷在高温下裂解收集馏分合成，降低聚碳硅烷的支化度、碱金属和游离态碳含量的含量，保证聚碳硅烷的高纯度。制备的聚碳硅烷数均分子量600～1500，氧含量0.05wt％～0.6wt％，碱金属含量低于25ppm。

技术领域

本发明涉及陶瓷先驱体材料领域，尤其涉及一种低含氧高纯度聚碳硅烷的制备方法。

背景技术

碳化硅(SiC)陶瓷材料具有比重低、抗蠕变、抗腐蚀、高强度、高硬度、耐高温和优异的高温抗氧性能，被广泛地运用在各种极端环境中。SiC纤维因其高强度和独特的高温抗氧性能，更是成为热机构件中的主要增强材料，被广泛运用在航空发动机增压涡轮、火箭发动机燃烧室和航空飞行器头部材料等领域。SiC/SiC纤维增强复合材料是一种完美的高温抗氧的减重增强材料。因此，SiC陶瓷材料被各国材料界高度重视。

碳化硅(SiC)陶瓷材料通过先驱体聚碳硅烷的合成、不融化处理和热解陶瓷化转换而来。碳化硅(SiC)陶瓷材料优异的高温抗氧性能和力学性能主要受氧和杂质的影响。氧在1000℃以上开始缓慢与Si-C发生分解反应，破坏碳化硅(SiC)陶瓷材料的结构，降低力学性能。氧分为先驱体聚碳硅烷自身含氧和外部引入。杂质是先驱体聚碳硅烷不纯，主要是先驱体反应物碱金属残留和反应过程中产生的游离态碳。杂质与陶瓷存在不同相间的界面缺陷。同时，聚碳硅烷陶瓷化过程中，杂质在高温下引起局部β-SiC微晶快速成核增大，使陶瓷内部脆性差异大。这些都会降低碳化硅(SiC)陶瓷材料的力学性能。杂质对碳化硅纤维的力学性能影响尤其明显。因此，制备出低含氧高纯度的聚碳硅烷，从而得到低含氧高纯度的碳化硅(SiC)陶瓷材料，成为提高碳化硅(SiC)陶瓷材料的高温抗氧性能和力学性能的关键。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种低含氧高纯度聚碳硅烷的制备方法，制备的聚碳硅烷数均分子量600～1500，氧含量0.05wt％～0.6wt％，碱金属含量低于25ppm。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

1)用有机溶剂熔融碱金属，滴加二甲基二氯硅烷生成聚二甲基硅烷；

其中，M表示碱金属Na、K。

所述有机溶剂优选甲苯(沸点110.4℃)或二甲苯(沸点137～140℃)。

此步骤中，生成主要中间产物聚二甲基硅烷(CH3SiCH3)_n和碱金属副产物MCl。聚二甲基硅烷(CH3SiCH3)_n是一种不溶于任何溶剂的粉状白色颗粒，裂解温度在320℃以上。

2)用无水醇反应剩余反应物，过滤除去有机溶剂；

由于聚二甲基硅烷颗粒的隔离，反应物聚二甲基二氯硅烷和碱金属很难充分反应。剩余反应物分别与醇反应，让其失去活性，降低危险，方便处理。

(CH₃)₂Si(Cl)₂+2ROH→(CH₃)₂Si(OR)₂+2HCl

2M+2ROH→ROM+H₂↑