本发明专利技术属于非氧化物陶瓷粉体的制备技术领域，具体地说是一种基于溶剂热聚合反应制备非氧化物陶瓷超细粉体的方法，解决现有技术中存在的工艺复杂、产品粒度不均匀、纯度较低等问题。将非氧化物陶瓷的有机先驱体单体或混合物溶于甲苯或二甲苯，并加入二乙烯基苯作为交联剂，然后进行溶剂热聚合；将聚合产物干燥、研磨后，在惰性气体的保护下进行高温热解，即得到SiC、BN、ZrC、HfC和WC等单体陶瓷或者SiC-ZrC、SiC-ZrB2和SiC-BN等复合陶瓷的超细粉体。本发明专利技术方法具有工艺简单，操作方便，无需复杂设备，易于工业化生产等优势，非氧化物陶瓷粉体具有粒度均匀，颗粒细小，纯度高等优点，广泛用于制备相应的非氧化物陶瓷的原料、硬质合金或者抗氧化涂层的原料。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于非氧化物陶瓷粉体的制备
，具体地说是一种基于溶剂热聚合反应制备非氧化物陶瓷超细粉体的方法，解决现有技术中存在的工艺复杂、产品粒度不均匀、纯度较低等问题。将非氧化物陶瓷的有机先驱体单体或混合物溶于甲苯或二甲苯，并加入二乙烯基苯作为交联剂，然后进行溶剂热聚合；将聚合产物干燥、研磨后，在惰性气体的保护下进行高温热解，即得到SiC、BN、ZrC、HfC和WC等单体陶瓷或者SiC-ZrC、SiC-ZrB2和SiC-BN等复合陶瓷的超细粉体。本专利技术方法具有工艺简单，操作方便，无需复杂设备，易于工业化生产等优势，非氧化物陶瓷粉体具有粒度均匀，颗粒细小，纯度高等优点，广泛用于制备相应的非氧化物陶瓷的原料、硬质合金或者抗氧化涂层的原料。【专利说明】
本专利技术属于非氧化物陶瓷粉体的制备
，具体地说是一种基于溶剂热反应制备非氧化物陶瓷超细粉体的方法，利用溶剂热反应，将聚碳硅烷、聚硼氮烷、以及碳化锆、碳化铪和碳化钨等陶瓷的有机先驱体单体或混合物的苯溶液转化成有机前驱粉体，再经热解得到非氧化物陶瓷超细粉体的方法。
技术介绍
以C、B、N与Si过渡金属元素(如Zr、Hf、W等)结合而成的非氧化物陶瓷，一般具有高强度、抗磨损、耐腐蚀、高温强度好等优异的机械性能，在冶金、化工、机械等领域有着广阔的应用前景。此外，有些非氧化物陶瓷也可作为功能材料使用。如SiC，因其具有临界击穿电场高、禁带宽度大、载流子饱和漂移速率高等优点，也可作为优异的微电子材料在高频、高温、大功率、强辐射的环境中使用。BN具有优良的电绝缘性和热导性等，可用做高温、高压、绝缘、散热部件。因此，非氧化物陶瓷的研究引起了人们极大的关注。研究表明，原料粉体对于陶瓷材料的最终性能有着决定性的影响，所以其制备技术非常关键。通常认为，原料粉体超细化(粒径小于I μ m)，并且高纯度、无团聚、成分与粒径均匀，对合成高性能陶瓷有利。粉体的超细化不但能有效提高原料粉体的活性，降低烧结温度，得到性能优异的陶瓷制品，也可能赋予制品一些新的性能。因此，制备适于烧结的非氧化物陶瓷超细粉体是制备高性能非氧化物陶瓷非常重要的一环。非氧化物陶瓷超细粉的制备方法种类很多，但按其制备原理可主要分为物理法和化学法两种。物理法主要是利用机械粉碎设备将大粒径的非氧化物陶瓷颗粒粉碎成超细粉，具体方式有气流对撞粉碎、振动磨粉碎蚓、搅拌球磨粉碎等。近年来，又相继出现机械合金化高能球磨法、助磨剂粉碎法及超声波粉碎法等新技术，使这种制备超细粉的方法得到很大改进，粉体活性及组分均匀`性得到较为明显改善。但机械粉碎法存在工艺参数的不确定性及粒径分布不均、易引入杂质等缺点，还需要进一步进行改进。化学法是利用原子水平复合，实现化学配比的精确控制，因此制备的粉体具有纯度高、粒度可控、均匀性好等优点。按照反应原料的不同，化学法可分为金属元素反应法、碳热还原(氮化)法、气相化学反应法、溶剂热合成法及聚合物热解法等。其中，金属元素直接反应法因温度高、时间长，制备的粉体粒径大，无法满足制备高性能非氧化物陶瓷的要求，近年来已少见相关报道。碳热还原(氮化)法是用微米或亚微米尺度的金属氧化物与含碳化合物(或含碳和氮的化合物)充分混合，使体系在较低温度下发生碳热还原(氮化)反应，从而直接合成非氧化物陶瓷超细粉体。由于主要采用比较廉价的金属化合物为原料，而且可以与多种技术手段相结合，促进还原反应在低温短时间内完成，也可实现连续化生产(如“快速碳热还原”)，所以用这种方法制备非氧化物陶瓷超细粉，有利于降低产物成本，适于大规模生产。气相化学反应法是基于挥发性金属化合物蒸气的化学反应来制备超细粉，可分为热化学气相反应法、激光诱导气相沉积法及等离子体气相沉积法等。虽然合成的粉体性能优异，但这种方法产率低，对设备和气相原料的要求高，从而造成高成本，粉体价格贵，不利于商业应用。溶剂热合成法是近年来发展起来的一种新的合成方法，可在低温下合成多种非氧化物陶瓷超细粉体，而且可实现对产物形态的控制。但该方法目前尚不成熟，短期内实现大规模生产的可能性不大。聚合物热解法首先需要合成聚合物前驱体，然后在适当温度进行热解，直接得到非氧化物陶瓷粉体。与其它方法相比，该方法最主要的优点是可以对前驱体聚合物进行设计，改变产物组成、结构、性质，满足不同材料性能要求。目前，聚合物热裂解法主要应用于陶瓷纤维、薄膜及块状材料的制备，而制备粉体的研究较少。这主要是因为聚合物在加热过程中要经历交联、固化，小分子量单体首先变成大分子量聚合物然后再热解成陶瓷，因此易于拉丝、成膜或结块，但不利于粉体的形成。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种非氧化物陶瓷超细粉体的制备方法，解决现有技术中存在的工艺复杂、产品粒度不均匀、形貌不易控制、杂质含量较高等问题。本专利技术的技术方案是:一种基于溶剂热聚合反应制备非氧化物陶瓷超细粉体的方法，按照如下的工艺和步骤:1)配制溶液将聚碳硅烷、聚硼氮烷，以及碳化锆、碳化铪和碳化钨等陶瓷的有机先驱体单体或混合物按一定比例溶于甲苯或二甲苯中，并加入二乙烯基苯作为交联剂，按质量比计，溶质:二乙烯基苯:甲苯(或二甲苯)=2: (0.5~I): (I~2);2)溶剂热反应将步骤1)中配制的溶液置于具有聚四氟乙烯衬套的密闭不锈钢密闭反应釜中，在140~250°C进行溶剂热反应4~10小时，冷却至室温，得到有机聚合物；3)干燥、研磨将步骤2)所得到的聚合产物在80~120°C烘干，然后球磨成粉。其中，球料质量比(5~20):1，球磨速度200~300rpm/min,时间10~60min ；4)热解将步骤3)所得的聚合物粉末在惰性气体或氮气保护下，于1100~1700°C热解0.5~3小时，即得到SiC、BN、ZrC、HfC和WC等单体陶瓷或者SiC-ZrC、SiC-ZrB2或SiC-BN等复合陶瓷的超细粉体。本专利技术中，溶质选自聚碳硅烷、聚硼氮烷、以及碳化锆、碳化铪和碳化钨等陶瓷的有机先驱体单体或混合物，且上述溶质均可溶于甲苯(或二甲苯)和二乙烯基苯。本专利技术中，溶剂选自甲苯或二甲苯以及二者的任意混合，甲苯或二甲苯的纯度≥95wt%。本专利技术中，交联剂为二乙烯基苯，工业级(纯度≥55wt% )，主要杂质为乙苯(1.38wt% )和乙烯基苯(38Wt% )。本专利技术中，超细陶瓷粉体可以是SiC、BN、ZrC、HfC或WC等单体陶瓷超细粉体，也可以是SiC-ZrC，SiC-ZrB2或SiC-BN等复合陶瓷超细粉体。本专利技术中，非氧化物陶瓷超细粉体的粒度均匀，颗粒细小((500nm)，纯度高，可用作制备相应的非氧化物陶瓷、硬质合金或者抗氧化涂层的原料。本专利技术中，碳化锆、碳化铪和碳化钨的有机先驱体可以分别为常规的含有相应元素且可溶于甲苯或二甲苯的有机聚体。本专利技术具有如下有益的效果:1.本专利技术首先将碳化硅、氮化硼、碳化锆、碳化铪和碳化钨等陶瓷的有机先驱体单体或混合物溶于苯或二甲苯，在二乙烯基苯交联剂的作用下进行溶剂热聚合，得到有机陶瓷前驱粉体，再经干燥和球磨，得到加热不再交联的聚合物粉体，然后经高温热解得到非氧化物陶瓷超细粉体，解决了聚合物裂解法不易制备陶瓷粉体的问题。2.本专利技术的方法与其它非氧化物陶瓷粉体的制本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于溶剂热聚合反应制备非氧化物陶瓷超细粉体方法，其特征在于，包括如下工艺和步骤：1）配制溶液将非氧化物陶瓷的有机先驱体单体或混合物作为溶质，溶于有机溶剂中，并加入二乙烯基苯作为交联剂，按质量比计，溶质：二乙烯基苯：有机溶剂=2:0.5~1:1~2；2）溶剂热反应将步骤1）中配制的溶液置于具有聚四氟乙烯衬套的密闭不锈钢密闭反应釜中，在140~250℃进行溶剂热反应4～10小时，冷却至室温，得到有机聚合物；3）干燥、研磨将步骤2）中制得的聚合产物在80~120℃烘干，然后球磨成粉；4）热解将步骤3）所得的聚合物粉末在惰性气体或氮气保护下，于1100~1700℃热解0.5~3小时，即得到非氧化物单体陶瓷或复合陶瓷的超细粉体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张劲松，姜春海，许卫刚，石小磊，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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