一种亚微米级ZrC-SiC复相陶瓷微球及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种亚微米级ZrC

【技术实现步骤摘要】
一种亚微米级ZrC
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SiC复相陶瓷微球及制备方法


[0001]本专利技术属于新材料的制备
，涉及一种亚微米级ZrC
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SiC复相陶瓷微球及制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断创新，飞行器向着高速度、长航时方向发展，同时雷达探测技术也不断更新。这使得飞行器面临两大严峻挑战：其一是高马赫数飞行条件下飞行器处于极其严苛的气动加热环境，飞行器外壁面热防护材料的服役条件十分苛刻。其中，飞行器的鼻锥、机翼前缘等关键热部件的温度将超过2000℃，传统的热防护材料将很难满足使用需求；其二是飞行器要避免雷达探测，要具有电磁隐身功能。因此，未来飞行器的热防护系统中所采用的材料将必须同时具备耐超高温、足够的机械强度以及吸波等性能特点，才能承受超高温、强烈振动、急剧热冲击等严酷的热力环境以及抵抗雷达探测。
[0003]碳化锆(ZrC)作为超高温陶瓷(UHTCs)具有高强度、耐高温、耐腐蚀等特性，是优良的高温结构材料，可应用于航空、航天领域飞行器热端部位。但是，碳化锆陶瓷在低温有氧环境下会发生氧化反应，热稳定性较低，同时碳化锆具有良好的导电性，对电磁波呈现强反射，很难满足高温有氧环境服役、吸波等功能需求，限制了其在航空、航天领域的更广泛应用。为了应对更加严苛复杂的工作环境，需对碳化锆陶瓷进行改性，通过引入低温抗氧化和半导体特征的碳化硅材料，设计和调控其微结构与物相，改善其低温抗氧化能力和阻抗匹配特性，使其兼顾环境热稳定性和吸波能力。
[0004]近年来，研究人员已经使用了多种方法制备碳化锆
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碳化硅(ZrC
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SiC)复相陶瓷粉体，例如聚合物转化法，溶胶凝胶结合碳热还原法和微波碳热还原法等。这些方法制备的ZrC
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SiC复相陶瓷粉体均为形状不规则的颗粒，存在流动性差，物相分布不均匀，烧结活性低等问题，这些不足会加大复相陶瓷或者复相陶瓷涂层的制备难度。与这些制备方法获得的粉体相比，本专利技术申请人认为ZrC
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SiC复相陶瓷微球具有更好的流动性，而且物相分布更加均匀，有望实现SiC与ZrC两相纳米尺度均匀分散，具有较高的烧结活性，可以弥补当前合成方法制备的粉体的不足，有望在制备复相陶瓷及涂层中产生有利效果。
[0005]迄今为止，关于ZrC
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SiC复相陶瓷微球的报道只有一篇。Qiance Zhang等人以含锆和含硅的有机前驱体作为原料在1800℃下裂解制备出了直径约为30μm的Zr/Si/C陶瓷微球(Journal of the European Ceramic Society 37.5(2017):1909
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1916)。该制备工艺所制得的陶瓷微球的直径较大(30μm)，且存在制备温度高(1800℃)，微球易开裂等问题。目前，还未见有制备尺寸可控、流动性好、物相分布均匀的亚微米级ZrC
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SiC复相陶瓷微球的报道。

技术实现思路

[0006]要解决的技术问题
[0007]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种亚微米级ZrC
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SiC复相陶瓷微球
及制备方法，为后续发展具有耐高温、抗氧化、吸波能力的ZrC
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SiC复相陶瓷以及涂层提供了技术支持。本专利技术结合了模板法和碳热还原法，所制备的ZrC
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SiC复相陶瓷微球完整保留了树脂微球的形貌，尺寸均匀可控，物相分布均匀，微球中的ZrC与SiC为纳米颗粒，这极大的增加了界面极化，利于材料对电磁波的耗散作用，也延长了氧气的扩散路径，利于提升材料在有氧环境下的稳定性。该ZrC
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SiC复相陶瓷微球可用于制备ZrC
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SiC复相陶瓷，也可作为陶瓷基复合材料防热吸波涂层的填料。
[0008]技术方案
[0009]一种亚微米级ZrC
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SiC复相陶瓷微球，其特征在于微球中的ZrC与SiC为纳米颗粒，且ZrC与SiC纳米颗粒相互交错生长在一起，嵌在碳球中。
[0010]一种所述亚微米级ZrC
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SiC复相陶瓷微球的制备方法，其特征在于：结合了模板法和碳热还原法，步骤如下：
[0011]步骤1、通过模板法制备核壳结构RF@SiO2@ZrO2粉体：
[0012]步骤1.1，通过间苯二酚与甲醛的缩聚反应制备酚醛树脂微球：将3～5g间苯二酚溶解到去离子水、无水乙醇和浓氨水的混合溶液中，搅拌均匀后滴加4～8ml的甲醛溶液，30℃水浴搅拌12～18h后离心并烘干，得到单分散RF微球；
[0013]步骤1.2，通过Stober法制备二氧化硅包覆酚醛树脂的核壳结构粉体RF@SiO2：将0.3～0.6g的RF微球放入到含有去离子水、无水乙醇、氨水以及十六烷三甲基溴化铵的混合溶液中，超声分散后，再滴加1～2ml正硅酸乙酯。20～40℃下水浴搅拌18～36h后离心并烘干，即得RF@SiO2粉体；
[0014]步骤1.3，将0.2～0.4g RF@SiO2粉体放入到含有去离子水、无水乙醇和乙腈的混合溶液中，超声分散后，再滴加1～3ml正丁醇锆与4～12ml无水乙醇的混合溶液，40～80℃下水浴搅拌3～8h后离心并烘干，得到RF@SiO2@ZrO2微球；
[0015]步骤2、碳热还原法制备ZrC
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SiC复相陶瓷微球：
[0016]将RF@SiO2@ZrO2微球粉末放入管式炉中，在氩气气氛下以1～10℃/min的升温速度升温至1300～1500℃并保温2～6h发生反应，降温后得ZrC
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SiC复相陶瓷微球粉末。
[0017]所述步骤1.1的混合溶液中含有20～50ml去离子水、250～320ml无水乙醇以及10～15ml浓氨水。
[0018]所述步骤1.2的混合溶液含有20～30ml去离子水、75～100ml无水乙醇、3～6ml氨水以及0.6～1.5g十六烷三甲基溴化铵。
[0019]所述步骤1.3的混合溶液含有1～3ml去离子水、125～150ml无水乙醇、以及25～50ml乙腈。
[0020]有益效果
[0021]本专利技术提出的一种亚微米级ZrC
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SiC复相陶瓷微球及制备方法，采用模板法结合碳热还原反应的制备方法。其技术特征在于步骤为(1)以间苯二酚与甲醛缩聚合成的酚醛树脂(RF)微球作为模板；(2)以步骤(1)合成的亚微米级树脂微球作为核，以stober法合成的二氧化硅(SiO2)作为第一层壳，正丁醇锆水解制得的氧化锆(ZrO2)为第二层壳，合成RF@SiO2@ZrO2核壳结构粉体；(3)将步骤(2)所制备的粉体在一定温度下进行碳热还原反应，即得ZrC
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SiC复相陶瓷微球。本专利技术所提供的技术方案能够制备出粒径可控、粒径均一、流动性好、微结构和形貌均匀亚微米级ZrC
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SiC复相陶瓷微球。本专利技术发展的制备工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亚微米级ZrC
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SiC复相陶瓷微球，其特征在于微球中的ZrC与SiC为纳米颗粒，且ZrC与SiC纳米颗粒相互交错生长在一起，嵌在碳球中。2.一种权利要求1所述亚微米级ZrC
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SiC复相陶瓷微球的制备方法，其特征在于：结合了模板法和碳热还原法，步骤如下：步骤1、通过模板法制备核壳结构RF@SiO2@ZrO2粉体：步骤1.1，通过间苯二酚与甲醛的缩聚反应制备酚醛树脂微球：将3～5g间苯二酚溶解到去离子水、无水乙醇和浓氨水的混合溶液中，搅拌均匀后滴加4～8ml的甲醛溶液，30℃水浴搅拌12～18h后离心并烘干，得到单分散RF微球；步骤1.2，通过Stober法制备二氧化硅包覆酚醛树脂的核壳结构粉体RF@SiO2：将0.3～0.6g的RF微球放入到含有去离子水、无水乙醇、氨水以及十六烷三甲基溴化铵的混合溶液中，超声分散后，再滴加1～2ml正硅酸乙酯。20～40℃下水浴搅拌18～36h后离心并烘干，即得RF@SiO2粉体；步骤1.3，将0.2～0.4g RF@SiO2粉体放入到含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：成来飞，叶昉，赵凯，崔雪峰，张立同，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：