【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陶瓷先驱体，尤其是一种高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体及其合成方法和应用。
技术介绍
1、碳化硅纤维具有密度低、强度高、耐高温、抗氧化等优异性能，在航空航天和核能装备等领域具有广阔的应用前景。相比于第一代和第二代碳化硅纤维，第三代含铝碳化硅(sic(al))纤维展现出优异的耐高温性能和抗高温蠕变性能，近年来受到国内外研究者的广泛关注。合成铝含量高的先驱体是制备高性能sic(al)纤维的关键。
2、目前，合成sic(al)纤维先驱体的方法主要有两种：一种是以si-si键为主链的有机硅聚合物(如聚二甲基硅烷)与铝源(如乙酰丙酮铝)在常压下反应，合成sic(al)纤维先驱体(赵大方，sa型碳化硅纤维的连续化技术研究[d].长沙:国防科技大学，2008；polymer.2011,52(17):3811-3818；200910111053.x)。此种方法虽然工艺简单，但反应温度较高(>420℃)，易造成铝源挥发，所得先驱体中铝元素含量较低(1～2wt％)。此外，反应温度较高也导致有机硅聚合物与铝源过度反应，形成过度支化的三维网络结构，不利于纺丝成型制备sic(al)纤维；另一种方法是以si-c键为主链的有机硅聚合物(如聚碳硅烷)与铝源(如乙酰丙酮铝)在高压条件下反应，合成sic(al)纤维先驱体。虽然，通过采用si-c键为主链的有机硅聚合物和高压反应条件，在一定程度上降低了反应温度(300～350℃)，且克服了乙酰丙酮铝挥发的问题(袁钦，第三代连续sic纤维制备过程基础研究[d].长沙:国防科技大学，2
3、因此，针对现有技术中存在sic(al)先驱体铝含量低、成本较高等问题，如何设计和制备具有较高铝含量和分子结构均匀的sic(al)陶瓷先驱体是关键问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体及其合成方法和应用，用于克服现有技术中sic(al)先驱体铝含量低、成本较高等缺陷。
2、为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：本专利技术提供了一种高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体，所述高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体软化点为120～250℃、数均分子量为2500～4000，铝含量为1～20wt％。
3、更为重要的是，本专利技术提供了上述高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体的合成方法，包括以下步骤：
4、s1：称取聚硅氧烷树脂和第一溶剂，混合搅拌溶解，得到聚硅氧烷树脂溶液；
5、s2：称取铝源和第二溶剂，混合搅拌溶解，得到铝源溶液；
6、s3：将聚硅氧烷树脂溶液和铝源溶液混合搅拌均匀后，加入高压反应釜中，在非活性气氛下进行高温、高压反应，得到先驱体溶液；
7、s4：在非活性气氛下，对所述先驱体溶液进行蒸馏，得到高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体。
8、进一步的，上述s1中，所述聚硅氧烷树脂的数均分子量为2000～3500，软化点为50～150℃。
9、进一步的，上述s1中，所述第一溶剂为二甲苯、甲苯、苯、n’n二甲基甲酰胺、乙醇、四氢呋喃和正己烷的一种或几种；聚硅氧烷树脂与第一溶剂的质量比(1～5):(1～10)。
10、进一步的，上述s2中，所述第二溶剂为甲苯、苯、甲醇、乙醇和丙酮中的一种或几种；所述铝源为乙酰丙酮铝、甲基铝氧烷、二甲基氯化铝和三甲酸铝中的一种或几种；所述铝源与第二溶剂的质量比为(0.1～5):(1～10)。
11、进一步的，上述在s3中，所述聚硅氧烷树脂和铝源质量比例为10:3～10:1。
12、进一步的，上述s3中，所述高压合成反应条件包括：反应温度：250～400℃；升温速率：1～50℃/min；反应时间为0.1～50h；反应压力为1～7mpa。
13、进一步的，上述s3和s4中，所述非活性气氛为氮气、氩气和氦气中的一种或几种。
14、进一步的，上述s4中，所述蒸馏反应条件包括：蒸馏温度在室温至250℃时，升温速率为1～50℃/min；蒸馏温度在250～400℃时，升温速率为1～20℃/min；蒸馏时间为0.1～50h。
15、本专利技术还提供了上述高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体的应用，应用于制备耐高温含铝sic陶瓷纤维和含铝sic陶瓷。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：
17、1、本专利技术提供的si-al-c-o陶瓷先驱体，铝含量高(1～20wt％)、软化点(120～250℃)和分子量(数均分子量为2500～4000)适中，有利于熔融纺丝，可制备高性能sic(al)纤维。
18、2、本专利技术提供的高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体的制备方法中，首先将聚硅氧烷树脂和铝源分别溶解在溶剂中；随后将溶解后的两种溶液置于高压釜中，进行高压合成反应。控制温度和压力，使温度和压力达到溶剂的超临界值。此时，反应釜中溶液达到超临界流体状态，不存在明显的液体和气体区分。反应体系性质均匀，密度与液体相当，粘度和气体相当，具有较好的传质和传热效率。在此种条件下，聚硅氧烷树脂分子和铝源分子均匀混合，在达到反应条件时将能充分、均匀反应，有利于充分利用原料和合成分子结构均匀的产物。进一步对反应后的溶液进行蒸馏，去除溶剂和小分子物质，得到最终先驱体。本专利技术提供的制备方法所用的原料易得，来源广泛，合成路线简单，成本较低。
19、3、本专利技术方法路线简单、成本较低，因此所得的高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体在制备高性能sic(al)陶瓷纤维和陶瓷领域具有很好的应用前景。
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1.一种高铝含量Si-Al-C-O陶瓷先驱体，其特征在于，
2.一种根据权利要求1所述的高铝含量Si-Al-C-O陶瓷先驱体的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的高铝含量Si-Al-C-O陶瓷先驱体的合成方法，其特征在于，在S1中，所述聚硅氧烷树脂的数均分子量为2000～3500，软化点为50～150℃。
4.根据权利要求2所述的高铝含量Si-Al-C-O陶瓷先驱体的合成方法，其特征在于，在S1中，所述第一溶剂为二甲苯、甲苯、苯、N’N二甲基甲酰胺、乙醇、四氢呋喃和正己烷的一种或几种；聚硅氧烷树脂与第一溶剂的质量比(1～5):(1～10)。
5.根据权利要求2所述的高铝含量Si-Al-C-O陶瓷先驱体的合成方法，其特征在于，在S2中，所述第二溶剂为甲苯、苯、甲醇、乙醇和丙酮中的一种或几种；所述铝源为乙酰丙酮铝、甲基铝氧烷、二甲基氯化铝和三甲酸铝中的一种或几种；所述铝源与第二溶剂的质量比为(0.1～5):(1～10)。
6.根据权利要求2所述的高铝含量Si-Al-C-O陶瓷先驱体的合成方法，其特征
7.根据权利要求2所述的高铝含量Si-Al-C-O陶瓷先驱体的合成方法，其特征在于，在S3中，所述高压合成反应条件包括：反应温度：250～400℃；升温速率：1～50℃/min；反应时间为0.1～50h；反应压力为1～7MPa。
8.根据权利要求2所述的高铝含量Si-Al-C-O陶瓷先驱体的合成方法，其特征在于，在S3和S4中，所述非活性气氛为氮气、氩气和氦气中的一种或几种。
9.根据权利要求2所述的高铝含量Si-Al-C-O陶瓷先驱体的合成方法，其特征在于，在S4中，所述蒸馏反应条件包括：蒸馏温度在室温至250℃时，升温速率为1～50℃/min；蒸馏温度在250～400℃时，升温速率为1～20℃/min；蒸馏时间为0.1～50h。
10.一种如权利要求1所述的高铝含量Si-Al-C-O陶瓷先驱体的应用，其特征在于，应用于制备耐高温含铝SiC陶瓷纤维和含铝SiC陶瓷。
...【技术特征摘要】
1.一种高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体，其特征在于，
2.一种根据权利要求1所述的高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体的合成方法，其特征在于，在s1中，所述聚硅氧烷树脂的数均分子量为2000～3500，软化点为50～150℃。
4.根据权利要求2所述的高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体的合成方法，其特征在于，在s1中，所述第一溶剂为二甲苯、甲苯、苯、n’n二甲基甲酰胺、乙醇、四氢呋喃和正己烷的一种或几种；聚硅氧烷树脂与第一溶剂的质量比(1～5):(1～10)。
5.根据权利要求2所述的高铝含量si-al-c-o陶瓷先驱体的合成方法，其特征在于，在s2中，所述第二溶剂为甲苯、苯、甲醇、乙醇和丙酮中的一种或几种；所述铝源为乙酰丙酮铝、甲基铝氧烷、二甲基氯化铝和三甲酸铝中的一种或几种；所述铝源与第二溶剂的质量比为(0.1～5):(1～10)。
6.根据权利要求2所述的高铝含...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓山，苟燕子，王应德，邵长伟，王小宙，王兵，韩成，龙鑫，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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