一种增韧氮化硼纳米片氮化硅陶瓷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氮化硼纳米片氮化硅陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、对六方氮化硼表面功能化处理，得到功能化氮化硼纳米片，然后与氨基苯基重氮盐反应，得到改性氮化硼纳米片；S2、采用聚丙烯酰氯对纳米氮化硅纤维接枝改性，得到接枝聚丙烯酰氯的纳米氮化硅纤维；S3、将接枝聚丙烯酰氯的纳米氮化硅纤维与改性氮化硼纳米片反应，得到混合物A；S4、将混合物A浸渍于聚硅氮烷先驱体中，经固化、高温烧结，得到氮化硼纳米片/氮化硅陶瓷复合材料。本发明专利技术通过将六方氮化硼与纳米氮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，使得得到的氮化硼纳米片/氮化硅陶瓷复合材料具有优异的断韧性能和抗弯强度。抗弯强度。

【技术实现步骤摘要】
一种增韧氮化硼纳米片氮化硅陶瓷复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及材料改性处理
，尤其涉及一种增韧氮化硼纳米片氮化硅陶瓷复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]氮化硅陶瓷作为一种高温结构陶瓷，具有强度高、抗热震稳定性好、高温蠕变小、耐磨、优良的抗氧化性和化学稳定性高等特点，是优良的工程陶瓷之一。因此它具有广泛的应用范围和开发前景，在高温结构材料、工具陶瓷材料、耐磨陶瓷材料和耐腐蚀陶瓷材料几个方面，氮化硅陶瓷具有极大的市场和应用潜力。
[0003]虽然氮化硅具有良好的性能，但是它也具有陶瓷的共性—脆性。氮化硅陶瓷是由离子键或共价键的晶粒构成的多晶烧结体。方向性极强的化学键性决定了陶瓷中的晶粒位错密度低、滑移系统少、裂纹生长的能量小。在断裂过程中，除了增加新的断裂表面能以外，几乎没有其它耗散能量的机制，从而导致强度较低、韧性不足等缺点。而脆性这一致命弱点，使其在应用中的可靠性得不到保障。因此改善其韧性，提高其可靠性一直是氮化硅陶瓷研究的一个重要方向。
[0004]二维材料氮化硼纳米片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，由于氮化硼纳米片之间存在较强的范德华作用力，使其在各种分散体系中均容易形成大量的二次团聚大颗粒，进而大大影响了其实际应用效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种增韧氮化硼纳米片氮化硅陶瓷复合材料的制备方法。
[0006]一种增韧氮化硼纳米片氮化硅陶瓷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功能化处理，得到功能化氮化硼纳米片，然后将其与氨基苯基重氮盐进行反应，得到改性氮化硼纳米片；S2、采用聚丙烯酰氯对纳米氮化硅纤维进行接枝改性处理，得到接枝聚丙烯酰氯的纳米氮化硅纤维；S3、将接枝聚丙烯酰氯的纳米氮化硅纤维加入改性氮化硼纳米片中搅拌反应，待反应结束后中和，得到混合物A；S4、将混合物A浸渍于聚硅氮烷先驱体溶液中，经固化、高温烧结，得到氮化硼纳米片/氮化硅陶瓷复合材料。优选的，在步骤S1中，对六方氮化硼进行表面功能化处理，得到功能化氮化硼纳米片，
然后将其与氨基苯基重氮盐进行反应，得到改性氮化硼纳米片，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，将得到的功能化氮化硼纳米片加入浓硫酸溶液中，然后加入氨基苯基重氮盐进行偶联反应，得到改性氮化硼纳米片。
[0007]优选的，在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。
[0008]优选的，在所述偶联反应中，反应温度为100～200℃，所述浓硫酸溶液的质量浓度为40～65%，所述氨基苯基重氮盐与功能化氮化硼纳米片的质量比为6～12：1，键合到氮化硼纳米片的所述氨基苯基与改性氮化硼纳米片的质量比为12～35％。
[0009]优选的，所述氨基苯基重氮盐为4-氨基二苯基重氮硫酸氢胺。
[0010]优选的，在步骤S2中，所述采用聚丙烯酰氯对纳米氮化硅纤维进行接枝改性处理，得到接枝聚丙烯酰氯的纳米氮化硅纤维，包括以下步骤：将纳米氮化硅纤维在强碱混合物溶液中进行高温液相反应，得到羟基化纳米氮化硅纤维，将得到的羟基化纳米氮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氮化硅纤维。
[0011]优选的，在所述高温液相反应中，反应温度为180～250℃，反应时间为1.0～3.0h，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1～3.5：1，所述强碱混合物与纳米氮化硅纤维的质量比为1.5～4：1，所述无水有机溶剂为无水DMF、DMSO、THF或者1,4-二氧六环，其用量使体系的质量浓度为0.6～0.9mg/mL；所述聚丙烯酰氯与纳米氮化硅纤维的质量比为35～50：1～1.5，在所述保温反应中，反应温度为60～85℃，反应时间为10～15h。
[0012]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。
[0013]优选的，在步骤S4中，所述将混合物A浸渍于聚硅氮烷先驱体溶液中，经固化、高温烧结，得到氮化硼纳米片/氮化硅陶瓷复合材料，包括以下步骤：将聚硅氮烷先驱体溶液与混合物A置于密闭容器中,升温至80～300℃，在保护性气体氛围下保温直至固化，然后将得到的固化物在保护性气体氛围下或真空中于1650～1850℃下高温烧结，即形成氮化硼纳米片/氮化硅陶瓷复合材料。
[0014]优选的，所述聚硅氮烷先驱体溶液为聚硅氮烷-二甲苯溶液或聚硅氮烷-甲苯溶液，所述聚硅氮烷先驱体溶液中聚硅氮烷的质量浓度为25～45%。本专利技术的目的之二还在于提供上述制备方法得到的所述增韧氮化硼纳米片/氮化硅陶瓷复合材料。
[0015]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，然后将其与氨基取代的苯基重氮盐在热浓酸溶液中进行反应，反应中氨基取代的苯基重氮盐分解失去氮生成极活泼的氨基取代的苯基碳正离子，氨基取代的苯基碳正离子与改性氮化硼纳米片表面的硼羟基、硼氨基反应，释放出氢气的同时，将氨基取代的苯基重
氮盐中的氨基苯基引入到氮化硼纳米片中，从而不仅为下一步与酰氯进行亲核取代反应做了准备，同时也提高了氮化硼纳米片的分散性能。
[0016]（2）本专利技术中，通过强碱处理在纳米氮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氮化硅纤维表面，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，从而使得纳米氮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。
[0017]（3）本专利技术中，将引入氨基苯基的氮化硼纳米片与接枝聚丙烯酰氯的羟基化纳米氮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氮化硅纤维在后续聚硅氮烷先驱体中的分散性能，使得最终经固化、高温烧结得到的氮化硼纳米片/氮化硅陶瓷复合材料具有优异的断韧性能、硬度以及抗弯强度。
[0018]（4）本专利技术制备方法简单，容易操作，反应温度容易控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增韧氮化硼纳米片氮化硅陶瓷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功能化处理，得到功能化氮化硼纳米片，然后将其与氨基苯基重氮盐进行反应，得到改性氮化硼纳米片；S2、采用聚丙烯酰氯对纳米氮化硅纤维进行接枝改性处理，得到接枝聚丙烯酰氯的纳米氮化硅纤维；S3、将接枝聚丙烯酰氯的纳米氮化硅纤维加入改性氮化硼纳米片中搅拌反应，待反应结束后中和，得到混合物A；S4、将混合物A浸渍于聚硅氮烷先驱体溶液中，经固化、高温烧结，得到氮化硼纳米片/氮化硅陶瓷复合材料。2.根据权利要求1所述的一种增韧氮化硼纳米片氮化硅陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，对六方氮化硼进行表面功能化处理，得到功能化氮化硼纳米片，然后将其与氨基苯基重氮盐进行反应，得到改性氮化硼纳米片，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，将得到的功能化氮化硼纳米片加入浓硫酸溶液中，然后加入氨基苯基重氮盐进行偶联反应，得到改性氮化硼纳米片。3.根据权利要求2所述的一种增韧氮化硼纳米片氮化硅陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，在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2所述的一种增韧氮化硼纳米片氮化硅陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，在所述偶联反应中，反应温度为100～200℃，所述浓硫酸溶液的质量浓度为40～65%，所述氨基苯基重氮盐与功能化氮化硼纳米片的质量比为6～12：1，键合到氮化硼纳米片的所述氨基苯基与改性氮化硼纳米片的质量比为12～35％。5.根据权利要求1所述的一种增韧氮化硼纳米片氮化硅陶瓷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氮化硅纤维进行接枝改性处理，得到接枝聚丙烯酰氯的纳米氮化硅纤维，包括以下步骤：将纳米氮化硅纤维在强碱混合物溶液中进行高温液相反应，得到羟基化纳米氮化硅纤维，将得到的...

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