用于包含硅金属的碳氧化硅陶瓷材料的系统和方法技术方案

本文中公开了用于合成聚合物衍生的陶瓷材料的系统和方法，所述聚合物衍生的陶瓷材料包含含有硅金属的碳氧化硅。在一些实施方案中，在热处理过程中通过碳热还原形成硅金属。在一些实施方案中，所述热处理包括微波等离子体处理。在一些实施方案中，所述硅金属在所述碳氧化硅陶瓷材料的结构内形成纳米域。碳氧化硅陶瓷材料的结构内形成纳米域。碳氧化硅陶瓷材料的结构内形成纳米域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于包含硅金属的碳氧化硅陶瓷材料的系统和方法
通过引用而并入任何优先权申请
[0001]本申请根据35U.S.C.
§
119(e)而要求2021年2月22日提交的第63/152147号美国临时申请的优先权权益，该申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术介绍

领域
[0002]本公开的一些实施方案涉及使用微波等离子体处理的用于碳氧化硅(silicon oxycarbide)陶瓷材料的系统和方法。说明
[0003]碳氧化硅是一种无定形陶瓷，通常通过烧结所谓的“陶瓷先驱体聚合物(preceramic polymers)”制备。这些材料被用于高温应用中，在这些应用中它们抵抗由于晶体生长和粗化而导致的弱化。所述材料的无定形性质一直保持到高温，其中在高于所述高温所述材料结晶成氧化硅和碳化硅。
[0004]所述材料已经用于锂离子电池组应用中，其中某些聚合物使得能够在烧结的陶瓷中产生纯碳的纳米域(nanodomains)。这些碳域使得能够通过否则为电阻性的碳氧化硅本体进行电和锂传导。

技术实现思路

[0005]为了本概述的目的，在此描述了本专利技术的某些方面、优点和新颖特征。应当理解，根据本专利技术的任意特定实施方案，并非所有这样的优点都是必然可以实现的。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本专利技术可以以实现本文中教导的一个优点或一组优点的方式来体现或执行，而不必实现本文可能教导或建议的其它优点。
[0006]本文中的一些实施方案涉及碳氧化硅(SiOC)材料，该SiOC材料包含：SiOC陶瓷材料；和在所述SiOC陶瓷材料内的多个游离硅(free silicon)纳米域。
[0007]在一些实施方案中，所述多个纳米域中的每一个包含小于50nm的尺寸。在一些实施方案中，所述SiOC陶瓷材料内的所述多个游离硅的纳米域通过碳热还原(carbothermal reduction)原位形成。在一些实施方案中，所述SiOC材料通过使前体材料经受微波等离子体而形成。在一些实施方案中，所述前体包括交联的苯基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷或甲基硅氧烷或其组合。在一些实施方案中，所述前体包括固体前体。在一些实施方案中，所述微波等离子体包括微波等离子体炬(microwave plasma torch)的羽流(plume)或排气(exhaust)。在一些实施方案中，所述SiOC材料包括开放晶胞结构(open
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cell structure)。在一些实施方案中，所述SiOC材料包括封闭晶胞结构(closed
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cell structure)。在一些实施方案中，所述SiOC材料包括多个耐应变(strain
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tolerant)颗粒。
[0008]本文中的一些实施方案涉及碳氧化硅(SiOC)陶瓷材料，该材料包含：硅金属，其中所述硅金属是在陶瓷先驱体聚合物的热处理过程中通过所述陶瓷先驱体聚合物的碳热还原形成，其中所述热处理用于形成所述SiOC陶瓷材料。
[0009]在一些实施方案中，所述SiOC陶瓷材料包含无定形微结构。在一些实施方案中，所述SiOC陶瓷材料包含SiOC的晶胞结构(cell structure)，其中所述硅金属与所述晶胞结构集成在一起。在一些实施方案中，所述晶胞结构包括开放晶胞晶体结构(open
‑
cell crystal structure)。在一些实施方案中，所述晶胞结构包括封闭晶胞晶体结构(closed
‑
cell crystal structure)。在一些实施方案中，SiOC和所述硅金属的相在微结构SiOC陶瓷材料内是连续的。在一些实施方案中，所述SiOC陶瓷材料包含多个硅金属纳米域。在一些实施方案中，所述多个硅金属纳米域中的每一个包含50nm或更小的直径。
[0010]在一些实施方案中，所述热处理包括微波等离子体处理。
[0011]本文中的一些实施方案涉及制造聚合物衍生的陶瓷的方法，所述方法包括：将一种或多种陶瓷先驱体聚合物引入微波等离子体炬中；以及在所述微波等离子体炬中加热所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物以形成聚合物衍生的陶瓷。
[0012]在一些实施方案中，所述聚合物衍生的陶瓷包括碳氧化硅(SiOC)陶瓷材料。在一些实施方案中，所述SiOC陶瓷材料包含硅金属。在一些实施方案中，在所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物的加热过程中通过所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物的原位碳热还原形成所述硅金属。在一些实施方案中，所述SiOC陶瓷材料包含多个硅金属纳米域。在一些实施方案中，所述多个硅金属纳米域中的每一个包含50nm或更小的直径。
[0013]在一些实施方案中，所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物包含苯基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、甲基硅氧烷或其组合。在一些实施方案中，所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物包含交联的苯基硅氧烷。在一些实施方案中，在将所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物引入微波等离子体炬的过程中，所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物是固体。
[0014]在一些实施方案中，所述微波等离子体包括微波等离子体炬的等离子体羽流或排气。在一些实施方案中，将所述一种或多种陶瓷先驱体聚合物加热1ms至25s的时间。
附图说明
[0015]提供附图以说明示例实施方案，并且不旨在限制本公开的范围。当参考以下结合附图的描述，将获得对本文中描述的系统和方法的更好理解，其中：
[0016]图1示出了根据本文中的一些实施方案使用微波等离子体工艺合成的碳氧化硅的X射线粉末衍射(XRD)图。
[0017]图2示出了根据本文中的一些实施方案的示例性微波等离子体系统。
[0018]图3A
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3B示出了根据本公开的侧进料料斗实施方案，可用于材料生产中的微波等离子体炬的实施方案。
具体实施方式
[0019]尽管下文公开了某些优选的实施方案和示例，但是本专利技术的主题超出具体公开的实施方案而延伸到其它替代性实施方案和/或用途及延伸到其修改方案和等同方式。因此，所附权利要求的范围不受下面描述的任何特定实施方案的限制。例如，在本文公开的任何方法或过程中，方法或过程的动作或操作可以以任何合适的顺序执行，并且不必限于任何特定的公开的顺序。各种操作可以以可能有助于理解某些实施方案的方式依次被描述为多个离散操作；然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作是顺序依赖性的。另外，本文所
述的结构、系统和/或设备可以被实现为集成部件或分离部件。为了比较各种实施方案的目的，描述了这些实施方案的某些方面和优点。不是所有这样的方面或优点都必然通过任何特定实施方案实现。因此，例如，可以以实现或优化本文教导的一个优点或一组优点的方式来实施各种实施方案，而不必实现可能也在本文中教导或建议的其它方面或优点。
[0020]现在将描述某些示例性实施方案，以提供对本文公开的设备和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。在附图中示出了这些实施方案的一个或多个示例。本领域技术人员将理解，在本文中具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳氧化硅(SiOC)陶瓷材料，其包含：硅金属，其中所述硅金属是在陶瓷先驱体聚合物的热处理过程中通过所述陶瓷先驱体聚合物的碳热还原形成，其中所述热处理用于形成所述SiOC陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述SiOC陶瓷材料包含无定形微结构。3.根据权利要求1所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述SiOC陶瓷材料包含SiOC的晶胞结构，其中所述硅金属与所述晶胞结构集成在一起。4.根据权利要求3所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述晶胞结构包含开放晶胞晶体结构。5.根据权利要求3所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述晶胞结构包含封闭晶胞晶体结构。6.根据权利要求1所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中在微结构SiOC陶瓷材料中SiOC和所述硅金属的相是连续的。7.根据权利要求1所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述SiOC陶瓷材料包含多个硅金属的纳米域。8.根据权利要求7所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述多个硅金属的纳米域的每一个的直径小于或等于0nm。9.根据权利要求1所述的碳氧化硅陶瓷材料，其中所述热处理包含微波等离子体处理。10.一种制造聚合物衍生的陶瓷的方法，所述方法包括：将一种或多种陶瓷先驱体聚合物引入微波等离子体炬中；以及在所述微波等离子体炬中加热所述一种或多种陶瓷先...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：六K有限公司，
类型：发明
国别省市：