一种含镍硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种含镍硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法，包括：将原料聚硅氮烷、镍源混合步骤；热解步骤。本发明专利技术通过前驱体转化法制备SiCN(Ni)前驱体陶瓷，结构均匀，强度高，在SiCN前驱体陶瓷中引入镍，增加材料的损耗机制，有利于微波吸收性能的提高。本发明专利技术采用前驱体转化法，工艺简单，操作方便，生产成本低，制备周期短，所得材料抗氧化能力强，化学稳定性、高温性能好。

Preparation method of nickel silicon carbon nitride precursor ceramics

The invention relates to a preparation method of a nickel silicon carbon nitride precursor ceramic, comprising: mixing raw material polysiloxane and nickel source; and pyrolysis step. The SiCN (Ni) precursor ceramics are prepared by the precursor conversion method. The structure is uniform and the strength is high. Nickel is introduced into the SiCN precursor ceramics to increase the loss mechanism of the material, which is beneficial to the improvement of microwave absorption properties. The invention adopts the precursor conversion method, the process is simple, the operation is convenient, the production cost is low, the preparation period is short, the material has strong antioxidant capacity, and the chemical stability and high temperature performance are good.

【技术实现步骤摘要】
一种含镍硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法
本专利技术涉及一种含镍硅碳氮吸波陶瓷的制备方法，属于无机非金属材料领域。
技术介绍
近年来，随着通信技术、局域网络等的快速发展，给人们带来方便生活的同时也造成了一定程度的电磁污染，影响人们的生活和工作，甚至还会危害人类的身体健康；而在军事方面，雷达等先进探测技术的发展，使隐身技术成为国防军事领域的重要研究课题。因此，电磁吸波材料由于其重要作用而受到广泛的重视。电磁吸波材料是通过自身对电磁波的吸收、衰减作用，将入射的电磁能转换成热能而耗散掉。一种性能优异的吸波材料，需要满足阻抗匹配以及能量损耗的要求，除此之外，材料还要轻、薄。而传统的吸波材料比如铁氧体、金属合金等，由于密度较大、结构设计困难等方面原因使其应用受到较大限制。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，具有质轻、易成型等优点。而以聚硅氮烷为原料，通过前驱体转化法制备的硅碳氮(SiCN)前驱体陶瓷是一种介电损耗型吸波材料，具有优异的机械性能、耐温性能、抗氧化性等。而单一损耗性的材料损耗能力较弱，且难以同时调整介电常数和磁导率这两个参数来达到阻抗匹配，因此需要制备同时具有介电损耗和磁损耗的复合吸波材料来提高吸波性能。为了引入磁损耗，可在SiCN前驱体陶瓷中加入磁性元素M(Fe、Co、Ni、Mn等)制得SiCN(M)前驱体陶瓷。而镍是良好的软磁性材料，具有较高的饱和磁化强度和磁导率，已经被应用于微波吸收方面，可直接作为吸波剂或用于增加介电型吸波材料的磁损耗。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，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。中国专利文献CN105602194A公开了一种Ni纳米粒子改性石墨烯及其吸波材料的制备方法。利用超声振荡得到氧化石墨烯，而后采用还原剂进一步还原氧化石墨烯和Ni2+，从而使Ni纳米粒子附着在石墨烯表面，继而与环氧树脂共混，得到兼具电吸收与磁吸收能力的吸波材料。以上方法制备所制得的吸波材料具有一定的吸波性能，但是工艺较为复杂，且吸波性能欠佳。
技术实现思路
针对现有技术的不足，尤其是目前的制备工艺复杂及材料吸波性能欠佳的缺陷，本专利技术提供一种前驱体转化法制备含镍硅碳氮(SiCN(Ni))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，所制得的产品电磁损耗高，吸波性能好。本专利技术的技术方案如下：一种掺杂含镍硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法，包括：将原料聚硅氮烷、镍源混合步骤；热解步骤。根据本专利技术，优选的，原料混合步骤中在惰性气氛下进行；优选的，所述聚硅氮烷：镍元素质量比为65wt％-95wt％：5wt％-35wt％；进一步优选70wt-93wt％：7wt-30wt％；优选的，所述的聚硅氮烷为HTT1800；优选的，所述的镍源为纳米镍粉或纳米氧化镍，最优选纳米镍粉。根据本专利技术，优选的，热解步骤中，在惰性气氛下进行；优选的，热解温度为900℃-1400℃，更优选1000-1200℃，热解时间为2-4h；进一步优选的，升温速率为3-4℃/min，升温至热解温度进行热解。根据本专利技术，所述含镍硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法，一种优选的实施方案如下：(1)混料：在惰性气氛下，将聚硅氮烷和镍源搅拌5-30min，得一均匀混合物；所述聚硅氮烷：镍元素的质量比为65wt％-95wt％：5wt％-35wt％；(2)热解/烧结：将步骤(1)所得混合物在惰性气体保护下，在900℃-1400℃的温度烧结2-4h，即得含镍硅碳氮前驱体陶瓷。本专利技术中聚硅氮烷可市场购得，也可按现有技术制备得到。本专利技术的原理：SiCN前驱体陶瓷是一种介电损耗型吸波材料，由于只有单一的介电损耗性能，难以同时调整介电常数和磁导率这两个参数到达阻抗匹配，并且只有介电损耗导致损耗能力较弱。镍作为一种软磁材料，具有较高的饱和磁化强度和磁导率，可引入SiCN前驱体陶瓷中优化其吸波性能。因此通过引入镍源制备含镍SiCN前驱体陶瓷，使损耗机制多元化，增加损耗，并且调整电磁参数，增强阻抗匹配，最终得到具有优异吸波性能的材料。但是，镍的添加量并非越高越好，也并非越低越好。本专利技术经过大量实验研究得到最优的镍掺杂量范围，使得SiCN前驱体陶瓷具有最优的吸波性能。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术通过前驱体转化法制备SiCN(Ni)前驱体陶瓷，结构均匀，强度高，在SiCN前驱体陶瓷中引入镍，增加材料的损耗机制，有利于微波吸收性能的提高。2、本专利技术采用前驱体转化法，工艺简单，操作方便，生产成本低，制备周期短，所得材料抗氧化能力强，化学稳定性、高温性能好。3、本专利技术制得的含SiCN(Ni)前驱体陶瓷具有优良的吸波性能。其中以纳米镍粉为镍源的SiCN(Ni)前驱体陶瓷具有较好的吸波性能，在17.1GHz处达到最小值-40.9dB，有效频带宽度为1.6GHz，并且当镍掺入量为30wt％时，有效频带宽度可达2.7GHz，吸波性能最好。附图说明图1为本专利技术实施例1所制得的SiCN(Ni)前驱体陶瓷的X射线衍射图谱。图2为本专利技术实施例1所制得的SiCN(Ni)前驱体陶瓷的SEM照片。图3为本专利技术实施例1所制得的SiCN(Ni)前驱体陶瓷的TEM图。图4为本专利技术实施例1所制得的SiCN(Ni)前驱体陶瓷的磁性能分析。图5为本专利技术实施例1所制得的SiCN(Ni)前驱体陶瓷的频率-反射损耗变化曲线图。图6为实施例1-2、对比例1所制得的SiCN(Ni)前驱体陶瓷的频率-反射损耗变化曲线比较图。图7为实施例3-4、对比例2所制得的SiCN(Ni)前驱体陶瓷的频率-反射损耗变化曲线比较图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明，但本专利技术所保护范围不限于此。实施例中所用原料均为常规原料，所用设备均为常规设备，市购产品。所用聚硅氮烷为HTT1800，市购产品，来自广州弘海化工科技有限公司。实施例1一种前驱体转化法制备SiCN(Ni)前驱体陶瓷的方法，包括步骤如下：(1)混料：在氮气气氛下，称取4.61g聚硅氮烷和0.39g纳米镍粉，混合搅拌20min，得一均匀混合物；所述聚硅氮烷：镍元素质量比为92.2wt％：7.8wt％；(2)热解/烧结：将步骤(1)所得混合物放入管式炉中，在氮气气氛保护下，在1000℃的温度中热解2h，升温速率3℃/min，即得SiCN(Ni)前驱体陶瓷。将本实施例制备得到的SiCN(Ni)前驱体陶瓷测试X射线衍射图谱、SEM照片、TEM图、磁滞回线图及频率-反射损耗变化曲线图谱，如图1、2、3、4、5所示。由图1可知，所得到的产物中主要含有镍单质，另外还有碳的存在。由图2可知，SiCN(Ni)前驱体陶瓷的灰色基体没有规则晶粒，说明为非晶态。最终产物结构均匀。由图3可知，图中黑色球形颗粒为镍，粒径约为25-50nm，分布在灰色基体上。根据衍射花样进一步证明，SiCN基体为非晶态。由图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂含镍硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法，包括：将原料聚硅氮烷、镍源混合步骤；热解步骤。

【技术特征摘要】
1.一种掺杂含镍硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法，包括：将原料聚硅氮烷、镍源混合步骤；热解步骤。2.根据权利要求1所述的掺杂含镍硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法，其特征在于，原料混合步骤中在惰性气氛下进行。3.根据权利要求1所述的掺杂含镍硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法，其特征在于，所述聚硅氮烷：镍元素质量比为65wt％-95wt％：5wt％-35wt％。4.根据权利要求3所述的掺杂含镍硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法，其特征在于，所述聚硅氮烷：镍元素质量比为70wt-93wt％：7wt-30wt％。5.根据权利要求1所述的掺杂含镍硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法，其特征在于，所述的聚硅氮烷为HTT1800。6.根据权利要求1所述的掺杂含镍硅碳氮前驱体陶瓷的制备方法，其特征在于，所述的镍源为纳米镍粉或纳米氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚红宇，刘玉，张玉军，冯玉润，林骁，郭学，毛俊杰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37