本发明专利技术涉及一种前驱体转化法合成掺杂稀土氧化物的含铁磁性硅碳氮陶瓷的方法。该方法包括步骤如下：(1)将聚硅氮烷、α‑甲基丙烯酸和过氧化二异丙苯混合搅拌，得混合溶液；(2)将混合溶液固化；(3)固化得到的物料经预粉碎、粉碎球磨、过筛，得到粉体颗粒；(4)向粉体颗粒中加入纳米氧化铁粉体和稀土氧化物粉体，得混合物料；(5)将混合物料压制成型，冷等静压，保压，得生坯；(6)将所得生坯在1000℃‑1400℃的温度烧结，即得。该方法工艺简单、生产成本低、制备周期短，所制得的产品电磁波衰减系数高，微波吸收性能好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及掺杂稀土氧化物的SiCN(Fe)前驱体陶瓷的制备方法，具体涉及一种前驱体转化法合成掺杂稀土氧化物的含铁磁性硅碳氮陶瓷的方法，属于无机非金属材料领域。
技术介绍
随着科技的发展，电磁波辐射已经成为一大危害，不仅对日常通信和电子系统造成损害，还会损害人体健康。而探测技术的进步，使得在现代战争中，实现目标隐身、提高武器装备系统的生存和突防能力有着深远的意义，因此电磁屏蔽技术就显得十分重要。而电磁波吸收材料可吸收、衰减入射的电磁波，并将电磁能转换成热能而耗散掉，或使电磁波因干涉而相消，因此电磁波吸收材料成为近年来的研究热点。较常见的传统吸波材料，如铁氧体、石墨等，具有吸收强、成本低、频带较宽等优点，但与此同时，也具有高温性能差、密度大等缺点，因此限制了其在该领域的进一步发展。而SiCN、莫来石等陶瓷材料，吸波性能更好，而且能有效损耗雷达波的能量。前驱体陶瓷(Polymer-DerivedCeramics(PDCs))是将有机高分子前驱体直接热解而得到的陶瓷材料，可以通过改变前驱体的化学组成和工艺来改变前驱体陶瓷的结构和组成。利用前驱体热解法陶瓷制备工艺，可直接将液态有机前驱体在模具中经光固化或热固化成型后，热解烧结得到特殊形态结构的陶瓷，且制品具有均一稳定的微观结构。利用这种前驱体转化法制备的SiCN前驱体陶瓷是一种介电损耗型吸波材料，因其高强度、高模量、高硬度、低密度等优良的机械性能，耐温性能，化学稳定，抗氧化能力等而在国内外收到广泛关注。而在SiCN前驱体陶瓷中进一步引入其他元素M(B、Al、Fe、Co、Mo等)，制得SiCN(M)前驱体陶瓷，可以提高陶瓷电磁性能。而之所以吸波性能大大提升，是因为更加满足了对吸波材料的两大要求：阻抗匹配(波进入吸波体而不反射)和损耗(吸波材料对射入的波有足够大损耗)。目前引入Fe源制备SiCN(Fe)前驱体陶瓷得到了广泛研究。中国专利文献CN105000889A公开了一种前驱体转化法制备含铁硅碳氮陶瓷的方法。该方法包括步骤如下：(1)将聚硅氮烷、α-甲基丙烯酸、过氧化二异丙苯混合均匀，得混合溶液；(2)将混合溶液固化；(3)固化所得的物料粉碎球磨；(4)将球磨后的粉料与纳米氧化铁混合均匀；(5)将所得粉料预压成型，得生坯；(6)将步骤(5)所得生坯在1000℃-1400℃的温度进行热解/烧结，保温即得。此方法制备工艺简单，所得材料高温性能优异，具有一定吸波性能，但吸波性能欠佳。中国专利文献CN104944960A公开了一种前驱体转化法制备含乙酰丙酮铁硅碳氮陶瓷的方法。包括以下步骤：(1)将聚硅氮烷、α-甲基丙烯酸、过氧化二异丙苯混合均匀，得混合溶液；(2)将混合溶液固化；(3)将固化所得的物料粉碎球磨；(4)将粉料与乙酰丙酮铁混合均匀；(5)将混合均匀的粉料预压成型，得生坯；(6)生坯在1000℃-1400℃的温度进行热解/烧结，保温，即得。此专利技术制备得到的材料高温性能好，具有一定的微波吸收性能，但吸收效果欠佳。稀土元素是一类具有被最外层电子屏蔽的未成对4f电子的元素，具有磁矩，且不同于Fe、Co、Ni等过渡元素，它们受周围环境的影响较小，与周围环境的相互作用是间接交换作用，从而有未被抵消的净磁矩。所以，稀土具有很好的顺磁磁化率、饱和磁化强度、磁晶各向异性及磁致伸缩。因此，基于稀土元素特殊的电子结构和电磁性能，可以以稀土氧化物作为掺杂剂，引入到其他吸波材料中，来进一步增强材料的吸波性能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种前驱体转化法制备掺杂稀土氧化物的SiCN(Fe)前驱体陶瓷的方法。该方法工艺简单、生产成本低、制备周期短，所制得的产品电磁波衰减系数高，微波吸收性能好。本专利技术的技术方案如下：一种前驱体转化法制备掺杂稀土氧化物的SiCN(Fe)前驱体陶瓷的方法，包括步骤如下：(1)混料：在惰性气氛下，将聚硅氮烷、α-甲基丙烯酸和过氧化二异丙苯混合搅拌1-2h，得混合溶液；所述聚硅氮烷：过氧化二异丙苯的质量比为96-98：2-4；所述α-甲基丙烯酸的加入量为聚硅氮烷和过氧化二异丙苯总质量的10％-20％；(2)交联固化：将步骤(1)所得混合溶液在400℃-600℃，真空条件下，固化2-4h；(3)粉碎球磨：将步骤(2)交联固化得到的物料经预粉碎、粉碎球磨、过筛，得到粉体颗粒；(4)混料：向步骤(3)得到的粉体颗粒中加入纳米氧化铁粉体，混合均匀，得混合粉体；然后加入稀土氧化物粉体，混合均匀，得混合物料；(5)造粒成型：将步骤(4)所得混合物料压制成型，冷等静压，保压，得生坯；(6)热解/烧结：将步骤(5)所得生坯在惰性气体保护下，在1000℃-1400℃的温度烧结2-4h，即得掺杂稀土氧化物的SiCN(Fe)前驱体陶瓷。根据本专利技术，优选的，所述步骤(1)中聚硅氮烷为HTT1800。HTT1800可市场购得，也可按现有技术制备得到；所述的α-甲基丙烯酸简称为MA，所述的过氧化二异丙苯简称为DCP。根据本专利技术，优选的，所述步骤(1)中聚硅氮烷：过氧化二异丙苯的质量比为98：2。根据本专利技术，优选的，所述步骤(1)中惰性气氛为氮气、氩气或氦气气氛。根据本专利技术，优选的，所述步骤(2)中升温速率为2-5℃/min；固化温度500-600℃，固化时间3-4h；优选的，升温速率为3-4℃/min。较低的升温速率和较高的固化时间以保证聚硅氮烷充分交联固化，促进反应的进行。根据本专利技术，优选的，所述步骤(4)中纳米氧化铁与步骤(3)所得粉体颗粒的质量比为40-60：40-60。根据本专利技术，优选的，所述步骤(4)中稀土氧化物的加入量为混合粉体质量的2％-40％；优选的，稀土氧化物的加入量为混合粉体质量的10％-30％；进一步优选的，稀土氧化物的加入量为混合粉体质量的5％。根据本专利技术，优选的，所述步骤(4)中稀土氧化物为Dy2O3、Eu2O3、Sm2O3、Y2O3或Gd2O3。进一步优选的，所述稀土氧化物为Eu2O3。根据本专利技术，优选的，所述步骤(5)中在10MPa的压力下压制成型；优选的，所述步骤(5)中冷等静压在180MPa下进行，保压300s。根据本专利技术，优选的，所述步骤(6)中惰性气体为氮气、氩气或氦气。根据本专利技术，优选的，所述步骤(6)中升温速率为3-5℃/min。本专利技术的原理：SiCN前驱体陶瓷材料具有优异的介电性能，在SiCN前驱体陶瓷中引入铁源，可使其介电损耗增加，并且增加了磁损耗，实现损耗机制多元化。在此基础上，利用稀土元素的特殊电子结构和电磁性能，将一定量的稀土氧化物掺入SiCN(Fe)吸波材料基体中，可以调节、优化吸波材料的电磁参数，达到进一步提高材料吸波性能的目的。由于相比于其他铁源，Fe2O3的加入对材料的介电损耗和磁损耗的影响较大。因此本专利技术以掺杂纳米Fe2O3的SiCN(Fe)前驱体陶瓷作为基体。稀土元素不同于Fe、Co、Ni等过渡元素，具有很好的顺磁磁化率、饱和磁化强度、磁晶各向异性及磁致伸缩。将一定量稀土氧化物掺入SiCN(Fe)前驱体陶瓷中，可改变材料磁介质属性和介电属性，使其复磁导率的虚部及复介电常数的虚部增大，促使磁损耗和介电损耗的增加。稀土氧化物的掺入还提高了吸波材料的磁各向异性，在SiCN(Fe)基础上，不仅提本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种前驱体转化法制备掺杂稀土氧化物的SiCN(Fe)前驱体陶瓷的方法，包括步骤如下：(1)混料：在惰性气氛下，将聚硅氮烷、α‑甲基丙烯酸和过氧化二异丙苯混合搅拌1‑2h，得混合溶液；所述聚硅氮烷：过氧化二异丙苯的质量比为96‑98：2‑4；所述α‑甲基丙烯酸的加入量为聚硅氮烷和过氧化二异丙苯总质量的10％‑20％；(2)交联固化：将步骤(1)所得混合溶液在400℃‑600℃，真空条件下，固化2‑4h；(3)粉碎球磨：将步骤(2)交联固化得到的物料经预粉碎、粉碎球磨、过筛，得到粉体颗粒；(4)混料：向步骤(3)得到的粉体颗粒中加入纳米氧化铁粉体，混合均匀，得混合粉体；然后加入稀土氧化物粉体，混合均匀，得混合物料；(5)造粒成型：将步骤(4)所得混合物料压制成型，冷等静压，保压，得生坯；(6)热解/烧结：将步骤(5)所得生坯在惰性气体保护下，在1000℃‑1400℃的温度烧结2‑4h，即得掺杂稀土氧化物的SiCN(Fe)前驱体陶瓷。
【技术特征摘要】
1.一种前驱体转化法制备掺杂稀土氧化物的SiCN(Fe)前驱体陶瓷的方法，包括步骤如下：(1)混料：在惰性气氛下，将聚硅氮烷、α-甲基丙烯酸和过氧化二异丙苯混合搅拌1-2h，得混合溶液；所述聚硅氮烷：过氧化二异丙苯的质量比为96-98：2-4；所述α-甲基丙烯酸的加入量为聚硅氮烷和过氧化二异丙苯总质量的10％-20％；(2)交联固化：将步骤(1)所得混合溶液在400℃-600℃，真空条件下，固化2-4h；(3)粉碎球磨：将步骤(2)交联固化得到的物料经预粉碎、粉碎球磨、过筛，得到粉体颗粒；(4)混料：向步骤(3)得到的粉体颗粒中加入纳米氧化铁粉体，混合均匀，得混合粉体；然后加入稀土氧化物粉体，混合均匀，得混合物料；(5)造粒成型：将步骤(4)所得混合物料压制成型，冷等静压，保压，得生坯；(6)热解/烧结：将步骤(5)所得生坯在惰性气体保护下，在1000℃-1400℃的温度烧结2-4h，即得掺杂稀土氧化物的SiCN(Fe)前驱体陶瓷。2.根据权利要求1所述的前驱体转化法制备掺杂稀土氧化物的SiCN(Fe)前驱体陶瓷的方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚硅氮烷为HTT1800。3.根据权利要求1所述的前驱体转化法制备掺杂稀土氧化物的SiCN(Fe)前驱体陶瓷的方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚硅氮烷：过氧化二异丙苯的质量比为98：2。4.根据权利要求1所述的前驱体转化法制备掺杂稀土氧化物的SiCN(Fe)前驱体陶瓷的方法，其特征在于，所述步骤(1)中惰性气氛为氮气、氩气或...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚红宇，刘玉，张玉军，冯玉润，郭学，林骁，周立伟，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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