一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、对六方氮化硼进行表面改性处理，然后加入硅烷偶联剂进行反应，得到氮化硼纳米片接枝硅烷偶联剂产物；S2、采用聚丙烯酰氯对纳米碳化硅纤维进行接枝改性，得到接枝聚丙烯酰氯的羟基化纳米碳化硅纤维；S3、将接枝聚丙烯酰氯的羟基化纳米碳化硅纤维加入氮化硼纳米片接枝硅烷偶联剂产物中搅拌反应，得到混合物A；S4、将混合物A浸渍于聚碳硅烷先驱体溶液中，经固化、高温烧结，形成增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料。本发明专利技术通过将六方氮化硼与纳米碳化硅纤维分别改性后，然后接枝，实现了两者在基体中分散性的同时提高，使得得到的BNNSs/SiC陶瓷基复合材料具有优异的断韧性能、硬度以及抗弯强度。硬度以及抗弯强度。

【技术实现步骤摘要】
一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及材料改性处理
，尤其涉及一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硅陶瓷具有优良的力学性能，优良的抗氧化性能和耐腐蚀性、高抗磨损及低摩擦系数。高温力学性能（强度、抗蠕变性等）优异，高温强度可一直保持到1600℃，是陶瓷材料中高温强度最好的材料。由于碳化硅陶瓷基复合材料轻质、耐高温、高温稳定性良好，因此在航空航天等军事领域的应用日益广泛，特别是在飞机、火箭的发动机上的应用。但是碳化硅陶瓷存在脆性大、断裂韧性不足的问题，故一直限制了其在各个领域的广泛应用。
[0003]二维材料氮化硼纳米片（BNNSs）是一种和石墨烯结构相似的材料。在高压氮气中熔点为300℃，在常压下要加热到 2500℃时才会发生升华并部分分解，理论密度为2.37g/cm3,BN是热的良导体，电的绝缘体，同时 BNNSs 良好的机械性能、热学性能和化学稳定性，在超疏水涂层、透明的复合材料以及紫外线发射器等领域有着广泛应用。但是，由于BNNSs之间存在较强的范德华作用力，使其在各种溶液分散体系中均容易形成大量的二次团聚大颗粒，进而大大影响了其应用效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法。
[0005]本专利技术提供的一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、对六方氮化硼进行表面改性处理，得到功能化氮化硼纳米片，然后加入硅烷偶联剂进行反应，得到氮化硼纳米片接枝硅烷偶联剂产物；S2、采用聚丙烯酰氯对纳米碳化硅纤维进行接枝改性处理，得到接枝聚丙烯酰氯的羟基化纳米碳化硅纤维；S3、将接枝聚丙烯酰氯的羟基化纳米碳化硅纤维加入氮化硼纳米片接枝硅烷偶联剂产物中搅拌反应，待反应结束后中和，得到混合物A；S4、将混合物A浸渍于聚碳硅烷先驱体溶液中，经固化、高温烧结，形成增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料。优选的，在步骤S1中，所述对六方氮化硼进行表面改性处理，得到功能化氮化硼纳米片，包括以下步骤：将六方氮化硼和5-氨基戊酸加入球磨罐中，然后加入去离子水机械球磨处理，待球磨结束后，抽滤、水洗、干燥，得到功能化氮化硼纳米片。
[0006]优选的，所述机械球磨处理中六方氮化硼、去离子水和5-氨基戊酸的质量比为50～70：15～25：1，球磨转速为900～1200rpm，球磨时间为12～18h。
[0007]优选的，所述硅烷偶联剂为含有环氧基的硅烷偶联剂，在步骤S1中，所述加入硅烷偶联剂，进行接枝反应，得到氮化硼纳米片接枝硅烷偶联剂产物，包括以下步骤：将含有环
氧基的硅烷偶联剂溶于有机溶剂，然后加入功能化六方氮化硼纳米片，水浴超声搅拌，进行接枝反应，待接枝反应结束后，抽滤、水洗、干燥，得到氮化硼纳米片接枝硅烷偶联剂产物。
[0008]优选的，所述含有环氧基的硅烷偶联剂、功能化六方氮化硼纳米片、有机溶剂的质量比为1～3：9～12：200，在所述接枝反应中，反应温度为80～120℃，搅拌时间为6～10h，搅拌速率为180～250rpm。
[0009]优选的，在步骤S2中，所述采用聚丙烯酰氯对纳米碳化硅纤维进行接枝改性处理，得到接枝聚丙烯酰氯的羟基化纳米碳化硅纤维，包括以下步骤：将纳米碳化硅纤维在强碱混合物溶液中进行高温液相反应，得到羟基化纳米碳化硅纤维，将得到的羟基化纳米碳化硅纤维加入无水有机溶剂中，并通过超声使其充分分散，得到分散液，然后将聚丙烯酰氯加入上述分散液中，在保护性气体氛围下进行保温反应，待反应结束后加入三乙胺中和至pH值呈中性，然后减压过滤，洗涤，干燥，得到接枝聚丙烯酰氯的羟基化纳米碳化硅纤维优选的，在所述高温液相反应中，反应温度为150～220℃，反应时间为0.5～2.5h，强碱混合物溶液为氢氧化钠与氢氧化钾的混合物的水溶液，且强碱混合物中氢氧化钠与氢氧化钾的质量比为1～2.5：1，所述强碱混合物与纳米碳化硅纤维的质量比为1.2～4：1，所述无水有机溶剂为无水DMF、DMSO、THF或者1,4-二氧六环，其使用量使体系的质量浓度为0.5～0.8mg/mL；所述聚丙烯酰氯与纳米碳化硅纤维的质量比为：25～50：1～1.5，在所述保温反应中，反应温度为60～85℃，反应时间为12～15h。
[0010]优选的，在步骤S3中，反应温度为60～100℃，反应时间为3～8h，中和用试剂为三乙胺。
[0011]优选的，在步骤S4中，所述将混合物A浸渍于聚碳硅烷先驱体溶液中，经固化、高温烧结，得到增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料，包括以下步骤：将聚碳硅烷先驱体溶液与混合物A置于密闭容器中，在保护性气体氛围下于100～400℃下固化1～3h，然后将得到的固化物在保护性气体氛围下或真空中于1650～1900℃下高温烧结2～4h，即形成BNNSs/SiC陶瓷基复合材料。优选的，所述聚碳硅烷先驱体溶液为聚碳硅烷-二甲苯溶液或聚碳硅烷-甲苯溶液,所述的聚碳硅烷先驱体溶液中聚碳硅烷的质量浓度为20～55%。
[0012]本专利技术的目的还在于提供上述的制备方法得到的增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料。
[0013]与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：（1）本专利技术中，通过将六方氮化硼和5-氨基戊酸进行湿法球磨，不仅得到了单层的氮化硼纳米片，而且还使得氮化硼纳米片表面同时接上了羟基和氨基，即得到了功能化氮化硼纳米片，然后使用含环氧基的硅烷偶联剂对其进行改性处理，通过含环氧基的硅烷偶联剂中的烷氧基水解形成硅醇与氮化硼纳米片表面上的羟基、氨基反应，可以将环氧基引入到功能化氮化硼纳米片的侧基中，这样不仅可以为下一步与酰氯进行亲核取代反应做准备，同时也提高了氮化硼纳米片的分散性能。
[0014]（2）本专利技术中，通过强碱处理在纳米碳化硅纤维中引入少量羟基官能团，通过酰化反应将高反应活性的线性聚丙烯酰氯接枝到纳米碳化硅纤维表面，其中，少部分的羟基仅消耗了少量的酰氯基团，而大部分酰氯侧基保留在接枝的聚合物上，从而使得纳米碳化硅纤维表面的少量羟基反应点转变为多个聚合物的高活性酰氯，从而为下一步接枝反应提供
了活性平台。
[0015]（3）本专利技术中，将引入环氧基的氮化硼纳米片接枝硅烷偶联剂产物与接枝聚丙烯酰氯的羟基化纳米碳化硅纤维的支链中未接枝的酰氯进行亲核取代反应，两者通过接枝可以进一步提高氮化硼纳米片和纳米碳化硅纤维在后续聚碳硅烷先驱体中的分散性能，使得最终经固化、高温烧结得到的BNNSs/SiC陶瓷基复合材料具有优异的断韧性能、硬度以及抗弯强度。
[0016]（4）本专利技术制备方法简单，容易操作，反应温度容易控制，易于实现规模化生产。
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步解说。
[0018]实施例1一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、称取 100mg六方氮化硼放入80ml的球磨罐中，再将2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对六方氮化硼进行表面改性处理，得到功能化氮化硼纳米片，然后加入硅烷偶联剂进行反应，得到氮化硼纳米片接枝硅烷偶联剂产物；S2、采用聚丙烯酰氯对纳米碳化硅纤维进行接枝改性处理，得到接枝聚丙烯酰氯的羟基化纳米碳化硅纤维；S3、将接枝聚丙烯酰氯的羟基化纳米碳化硅纤维加入氮化硼纳米片接枝硅烷偶联剂产物中搅拌反应，待反应结束后中和，得到混合物A；S4、将混合物A浸渍于聚碳硅烷先驱体溶液中，经固化、高温烧结，形成增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料。2.根据权利要求1所述的一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述对六方氮化硼进行表面改性处理，得到功能化氮化硼纳米片，包括以下步骤：将六方氮化硼和5-氨基戊酸加入球磨罐中，然后加入去离子水机械球磨处理，待球磨结束后，抽滤、水洗、干燥，得到功能化氮化硼纳米片。3.根据权利要求2所述的一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述机械球磨处理中六方氮化硼、去离子水和5-氨基戊酸的质量比为50～70：15～25：1，球磨转速为900～1200rpm，球磨时间为12～18h。4.根据权利要求1所述的一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为含有环氧基的硅烷偶联剂，在步骤S1中，所述加入硅烷偶联剂，进行接枝反应，得到氮化硼纳米片接枝硅烷偶联剂产物，包括以下步骤：将含有环氧基的硅烷偶联剂溶于有机溶剂，然后加入功能化六方氮化硼纳米片，水浴超声搅拌，进行接枝反应，待接枝反应结束后，抽滤、水洗、干燥，得到氮化硼纳米片接枝硅烷偶联剂产物。5.根据权利要求4所述的一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述含有环氧基的硅烷偶联剂、功能化六方氮化硼纳米片、有机溶剂的质量比为1～3：9～12：200，在所述接枝反应中，反应温度为80～120℃，搅拌时间为6～10h，搅拌速率为180～250rpm。6.根据权利要求1所述的一种增韧BNNSs/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述采用聚丙烯酰氯对纳米碳化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯光宇，
申请(专利权)人：侯光宇，
类型：发明
国别省市：