一种副产物循环再利用制备制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种副产物循环再利用制备SiBCN陶瓷前驱体的方法及其产物和应用


[0001]本专利技术属于陶瓷材料领域，涉及一种
SiBCN
陶瓷前驱体及其制备方法和应用，具体涉及一种副产物循环再利用制备
SiBCN
陶瓷前驱体的方法及其产物和应用
。

技术介绍

[0002]SiBCN
陶瓷因具有耐高温
、
抗氧化
、
高温抗蠕变等优异的性能，在航空
、
航天
、
武器装备等领域有着广阔的应用前景和发展潜力
。
制备
SiBCN
陶瓷的最常用的方法是前驱体热解转化法
。
通过前驱体热解转化法制备
SiBCN
陶瓷的过程中，最重要的步骤为
SiBCN
陶瓷前驱体
(
即聚硼硅氮烷
PBSZ)
的制备
。
目前最常用的方法称为“一锅法”。“一锅法”制备
SiBCN
陶瓷前驱体
(PBSZ)
具有可以在同一个反应器内完成，反应过程简单的优点，针对“一锅法”制备
PBSZ
，国内外研究人员开展了许多研究
。
[0003]Lee
等
(Journal of Non
‑
Crystalline Solids,2005,351(37
‑
39):2995
‑
3005)
采用
HSiCl3、BCl3和六甲基二硅氮烷
(MM
N
)
为原料，经
200℃
处理，降温后减压蒸馏，进一步缩聚，得到了难以加工的不熔不溶的固态
PBSZ。
[0004]CN101274941B
采用
HSiCl3、BCl3和七甲基二硅氮烷为原料，经
150
～
500℃
处理后，进一步在一定温度减压蒸馏，得到可熔可溶的固态
PBSZ。
[0005]Zhang
等
(Journal of Materials Science,2011,46(18):5940
‑
5947)
采用
CH3(H)SiCl2、BCl3、C2H3CH3SiCl2和
MM
N
为原料经
200℃
处理后，进一步在一定温度减压蒸馏，得到液态
PBSZ。
[0006]上述制备
PBSZ
的方法中均含有常压高温处理的步骤和减压缩聚除掉小分子副产物的步骤，对于合成过程产生的小分子副产物的后处理没有涉及，且由于这些副产物的去除，最终合成收率均不高，导致生产成本较高
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术所存在的不足，提供一种用
PBSZ
副产物制备
SiBCN
陶瓷前驱体
(PBSZ)
的方法，本专利技术可以实现
PBSZ
副产物的合理回收再利用，并可以降低
PBSZ
的生产成本，实现原料的可循环利用
。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种
SiBCN
陶瓷前驱体的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0010]以氯硅烷
、
三氯化硼
、
任选加入或者不加入的二硅氮烷
、
和
SiBCN
陶瓷前驱体副产物为原料，采用一锅法，在惰性气氛保护下，加热反应，制备
SiBCN
陶瓷前驱体
、
即
PBSZ。
[0011]根据本专利技术，所述方法中，加热反应后还包括减压蒸馏步骤，然后制备得到
PBSZ。
[0012]根据本专利技术，所述
SiBCN
陶瓷前驱体副产物
、
即
PBSZ
副产物为所述制备方法中减压蒸馏步骤形成的副产物
。
如没有特殊说明，副产物仅用于相同工艺和组成的
PBSZ
的制备
。
[0013]根据本专利技术，在反应前，可以对
PBSZ
副产物进行分离提纯，取上清液作反应原料，
所述上清液为纯化的
PBSZ
副产物
。
具体的，采用离心分离提纯
。
还具体的，所述离心分离时的转速为
2000
～
20000rpm
，离心时间为
15min
～
60min。
所述离心分离在常温下进行
。
[0014]根据本专利技术，以质量百分比为
100
％计，所述
PBSZ
副产物
(
或
SiBCN
陶瓷前驱体副产物
)
包括
10
～
50wt.
％的二硅氮烷，1～
10wt.
％的硼氮烷，和余量的硅氮烷低聚物
。
本专利技术中，可以以
GC
‑
MS
确认副产物中二硅氮烷含量
。
[0015]根据本专利技术，原料中，二硅氮烷与
Cl
元素的摩尔比为
1:0.5
～
1:1.8。
其中，二硅氮烷包括
PBSZ
副产物中含有的二硅氮烷和原料中额外加入的二硅氮烷；
Cl
元素包括原料氯硅烷
、
三氯化硼中含有的
Cl
元素
。
具体的，二者的摩尔比为1；
0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9、1:1.0、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7
或
1:1.8。
[0016]根据本专利技术，所述二硅氮烷的分子式为
(R1R
22
Si)2NH
，其中，
R1、R2相同或不同，彼此独立的选自以下基团中的一种：
C1‑
12
烷基；
C2‑
12
烯基；
C6‑
20
芳基
。
[0017]优选地，
R1、R2相同或不同，彼此独立的选自以下基团中的一种：
C1‑6烷基；
C2‑6烯基；
C6‑
14
芳基
。
[0018]优选地，
R1、R2相同或不同，彼此独立的选自以下基团中的一种：
H、
甲基
、
乙基
、
乙烯基
、
丙基
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
SiBCN
陶瓷前驱体的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：以氯硅烷
、
三氯化硼
、
任选加入或者不加入的二硅氮烷
、
和
SiBCN
陶瓷前驱体副产物为原料，采用一锅法，在惰性气氛保护下，加热反应，制备
SiBCN
陶瓷前驱体
、
即
PBSZ。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，加热反应后还包括减压蒸馏步骤，然后制备得到
PBSZ。
优选地，以质量百分比为
100
％计，所述
SiBCN
陶瓷前驱体副产物包括
10
～
50wt.
％的二硅氮烷，1～
10wt.
％的硼氮烷，和余量的硅氮烷低聚物
。3.
根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述二硅氮烷的分子式为
(R1R
22
Si)2NH
，其中，
R1、R2相同或不同，彼此独立的选自以下基团中的一种：
C1‑
12
烷基；
C2‑
12
烯基；
C6‑
20
芳基
。
优选地，所述二硅氮烷选自六甲基二硅氮烷或四甲基二乙烯基二硅氮烷
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的方法，其特征在于，原料中，所述三氯化硼和氯硅烷的摩尔比为
10:1
～
1:10。
优选地，原料中，所述
SiBCN
陶瓷前驱体副产物和二硅氮烷的摩尔比为
1:0
～
1:10。
优选地，原料中，所述氯硅烷和
SiBCN
陶瓷前驱体副产物的摩尔比为
1:0.1
～
1:3。5.
根据权利要求1‑4任一项所述的方法，其特征在于，所述氯硅烷的分子式为
R3R4SiCl...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗永明，陈楚童，徐彩虹，陈艳杰，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：