一种高温稳定SiBCN复合陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高温稳定SiBCN复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：制备聚硅氮烷先驱体将起始反应物与溶剂混合后配制成溶液，溶剂与起始反应物的质量比为(4～10)：1，在20～80℃的温度条件下搅拌，同时通入3～6h氨气，待反应结束后，回收溶剂，将产物干燥后得到聚硅氮烷先驱体。本发明专利技术采用前驱体转化法和机械合金化相结合的方法，以丙烯腈三氯硅烷作为起始物，提出一种稳定性、耐腐蚀性好的SiBCN陶瓷粉末的全新制备方法。

A preparation method of high temperature stabilized SiBCN composite ceramics

【技术实现步骤摘要】
一种高温稳定SiBCN复合陶瓷的制备方法
本专利技术涉及复合陶瓷合成领域，尤其是一种高温稳定的SiBCN复合陶瓷的制备方法。
技术介绍
陶瓷材料凭借其具有结构稳定性，抗氧化性能，抗蠕变性能、高温稳定性、高强度、抗腐蚀、低密度等等优异性能，可广泛地应用于运输，航天，能源，信息，微电子等领域。SiBCN多元体系陶瓷与二元及三元体系陶瓷相比，具有更加优异的耐高温和抗氧化性能，是一种受到广泛关注的新型陶瓷材料。然而，目前多元体系陶瓷用于制备高超声速飞行器的超高温部位结构时，其力学性能仍不能满足要求。基于SiBCN陶瓷的特殊结构和优异性能，近些年来大量研究用来探究其合成原料和方法、结构特征以及高温稳定性。目前的合成方法主要分为以下几种：前驱体转化法、机械合金法以及反应磁控溅射法。三者各有自己的优缺点：前驱体转化法是目前最普遍也是发展最完善的制备方法，该过程从简单的分子单体出发，可以通过设计合成路线从而得到想要的结构，从而达到理想的性能，但该工艺路线较长，昂贵或者有毒的原料、有机溶剂会危害操作者或者污染环境，热解过程中伴随着较大的热失重，同时得到的陶瓷产物也存在大量的孔或者一定的缺陷，一般很难做成较大尺寸的目的产物。机械合金法所需原料廉价易得，也适用于制备大尺寸的块体陶瓷，但必须经过高能球磨，然后在高温、高压下进行热压烧结，所需设备代价昂贵，不易于大规模开发使用，而且所制备的块体陶瓷微观组织机构不如前驱体法均匀，并且在高温下容易发生晶化。磁控溅射法是通过惰性气体，来溅射沉积含有Si、B、C、N元素的化合物，进而进行烧结，可以在较低的温度下制备出质地均一的陶瓷薄膜，但成本昂贵，会对环境产生一定的污染，并且对人身体有一定的害处，制备出陶瓷产物尺寸也比较单一，也不易于大规模生产，所以研究并不广泛。所以目前急需一种新型复合陶瓷的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中，陶瓷材料生产升本高、结构单一且生产过程存在污染的问题，进而提供一种稳定性、耐腐蚀性好的高温稳定的SiBCN复合陶瓷的制备方法。本专利技术的技术方案是：一种高温稳定SiBCN复合陶瓷的制备方法，包括如下步骤：步骤A：制备聚硅氮烷先驱体将起始反应物与溶剂混合后配制成溶液，溶剂与起始反应物的质量比为(4～10)：1，在20～80℃的温度条件下搅拌，同时通入3～6h氨气，待反应结束后，回收溶剂，将产物干燥后得到聚硅氮烷先驱体；步骤B：制备SiBCN陶瓷粉末按照不同的摩尔比例加硅粉、碳粉和硼化物粉末，将混合后的粉末，在惰性气体的氛围下进行球磨，经过球磨制备出机械合金化粉末后，在惰性气体保护下烧结，得到SiBCN复合陶瓷。所述反应起始物为丙烯腈三氯硅烷、六甲基二硅氮烷、双(三甲基甲硅烷基)碳二亚胺、甲基乙烯基硅氮烷、乙烯基化聚硅氧烷基二酰亚胺或二甲硅烷基碳二亚胺。所述溶剂为甲苯、乙腈、甘醇二甲醚、己烷、二甲苯、丙酮、二甲基亚砜、乙醚或三乙胺。所述硼化物为BN、B4C或B2O3。所述烧结的温度梯度设置如下：在室温条件下以5℃/min上升到300℃并在该温度下保温2h，然后以同样的速率上升到800℃，并在该温度下保温2h，最后以同样的升温速率上升到1400℃，并在该温度下保温6h后自然降温，在室温条件下取出SiBCN复合陶瓷。所述烧结的温度梯度设置如下：在室温条件下以5℃/min上升到200℃并在该温度下保温2h，然后以同样的速率上升到600℃，并在该温度下保温2h，最后以同样的升温速率上升到1400℃，并在该温度下保温6h后自然降温，在室温条件下取出SiBCN复合陶瓷。所述烧结的温度梯度设置如下：在室温条件下以5℃/min上升到400℃并在该温度下保温2h，然后以同样的速率上升到1000℃，并在该温度下保温2h，最后以同样的升温速率上升到1400℃，并在该温度下保温6h后自然降温，在室温条件下取出SiBCN复合陶瓷。本专利技术还涉及一种由上述方法制备的高温稳定SiBCN复合陶瓷。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术采用前驱体转化法和机械合金化相结合的方法，以丙烯腈三氯硅烷作为起始物，提出一种稳定性、耐腐蚀性好的SiBCN陶瓷粉末的全新制备方法。球磨的Si2BC2.5N粉体具有良好的可压缩性，可用于制备块体陶瓷，SiBCN陶瓷粉体还具有良好耐酸碱腐蚀性能。附图说明：图1为本专利技术中温度对聚硅氮烷收率影响示意图。图2为本专利技术中溶剂比对聚硅氮烷收率影响示意图。图3为本专利技术中氨解时间对聚硅氮烷收率的影响示意图示意图。图4为本专利技术中C元素含量对粉体陶瓷化产率(a)和热稳定性的影响(b)示意图。图5为本专利技术中Si元素含量对粉体陶瓷化产率(a)和陶瓷粉体热稳定性的影响(b)示意图。图6为本专利技术中B元素含量对粉体陶瓷化产率(a)和陶瓷粉体热稳定性的影响(b)示意图。图7为本专利技术中球料比对粉体陶瓷化产率(a)和陶瓷粉体热稳定性的影响(b)示意图。图8为本专利技术中球料时间对粉体陶瓷化产率(a)和陶瓷粉体热稳定性的影响(b)示意图。图9为本专利技术中转速对粉体陶瓷化产率(a)和陶瓷粉体热稳定性的影响(b)示意图。具体实施方式本专利技术的技术方案是：一种高温稳定SiBCN复合陶瓷的制备方法，包括如下步骤：步骤A：制备聚硅氮烷先驱体将起始反应物与溶剂混合后配制成溶液，溶剂与起始反应物的质量比为(4～10)：1，在20～80℃的温度条件下搅拌，同时通入3～6h氨气，待反应结束后，回收溶剂，将产物干燥后得到聚硅氮烷先驱体；步骤B：制备SiBCN陶瓷粉末按照不同的摩尔比例加入硅粉、碳粉和硼化物粉末，将混合后的粉末，在惰性气体的氛围下进行球磨，经过球磨制备出机械合金化粉末后，在惰性气体保护下烧结，得到SiBCN复合陶瓷。所述反应起始物为丙烯腈三氯硅烷、六甲基二硅氮烷、双(三甲基甲硅烷基)碳二亚胺、甲基乙烯基硅氮烷、乙烯基化聚硅氧烷基二酰亚胺或二甲硅烷基碳二亚胺。所述溶剂为甲苯、乙腈、甘醇二甲醚、己烷、二甲苯、丙酮、二甲基亚砜、乙醚或三乙胺。所述硼化物为BN、B4C或B2O3。所述烧结的温度梯度设置如下：在室温条件下以5℃/min上升到300℃并在该温度下保温2h，然后以同样的速率上升到800℃，并在该温度下保温2h，最后以同样的升温速率上升到1400℃，并在该温度下保温6h后自然降温，在室温条件下取出SiBCN复合陶瓷。所述烧结的温度梯度设置如下：在室温条件下以5℃/min上升到200℃并在该温度下保温2h，然后以同样的速率上升到600℃，并在该温度下保温2h，最后以同样的升温速率上升到1400℃，并在该温度下保温6h后自然降温，在室温条件下取出SiBCN复合陶瓷。所述烧结的温度梯度设置如下：在室温条件下以5℃/min上升到400℃并在该温度下保温2h，然后以同样的速率上升到1000℃，并在该温度下保温2h，最后以同样的升温速率上升到1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温稳定SiBCN复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤A：制备聚硅氮烷先驱体/n将起始反应物与溶剂混合后配制成溶液，溶剂与起始反应物的质量比为(4～10)：1，在20～80℃的温度条件下搅拌，同时通入3～6h氨气，待反应结束后，回收溶剂，将产物干燥后得到聚硅氮烷先驱体；/n步骤B：制备SiBCN陶瓷粉末/n按照不同的摩尔比例加入硅粉、碳粉和硼化物粉末，将混合后的粉末，在惰性气体的氛围下进行球磨，经过球磨制备出机械合金化粉末后，在惰性气体保护下烧结，得到SiBCN复合陶瓷。/n

【技术特征摘要】
1.一种高温稳定SiBCN复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：制备聚硅氮烷先驱体
将起始反应物与溶剂混合后配制成溶液，溶剂与起始反应物的质量比为(4～10)：1，在20～80℃的温度条件下搅拌，同时通入3～6h氨气，待反应结束后，回收溶剂，将产物干燥后得到聚硅氮烷先驱体；
步骤B：制备SiBCN陶瓷粉末
按照不同的摩尔比例加入硅粉、碳粉和硼化物粉末，将混合后的粉末，在惰性气体的氛围下进行球磨，经过球磨制备出机械合金化粉末后，在惰性气体保护下烧结，得到SiBCN复合陶瓷。


2.根据权利要求1所述的高温稳定SiBCN复合陶瓷的方法，其特征在于，所述反应起始物为丙烯腈三氯硅烷、六甲基二硅氮烷、双(三甲基甲硅烷基)碳二亚胺、甲基乙烯基硅氮烷、乙烯基化聚硅氧烷基二酰亚胺或二甲硅烷基碳二亚胺。


3.根据权利要求1所述的高温稳定SiBCN复合陶瓷的方法，其特征在于，所述溶剂为甲苯、乙腈、甘醇二甲醚、己烷、二甲苯、丙酮、二甲基亚砜、乙醚或三乙胺。


4.根据权利要求1所述的高温稳定SiBCN复合陶瓷的方法，其特征在于，硼化物为BN、B4C或B2O3。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春晖，梁译方，李季，张磊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23