CN101693618A

CN101693618A - SiCN(O)陶瓷材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101693618A
Application number: CN200910308985A
Authority: CN
Inventors: 贾德昌; 孙振淋; 周玉
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: CN101693618B

Abstract

SiCN(O)陶瓷材料及其制备方法，它涉及一种陶瓷材料及其制备方法。本发明解决了现有以氯硅烷为原料制作SiCN(O)陶瓷材料的工艺复杂、制作条件苛刻以及制作过程中容易造成污染的问题。SiCN(O)陶瓷材料由氮源、溶剂和硅源制成。方法：一、称取原料；二、原料反应得到生成物；三、制作SiCN(O)先驱体；四、裂解处理，然后随炉冷却至室温，即得到SiCN(O)陶瓷材料。本发明的制作方法反应条件温和，对制作条件的要求低，制作过程简单，制作过程中不产生污染物质，不会造成污染。

Description

SiCN(O)陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

SiCN(O)陶瓷材料自身具有较高的热稳定性、抗氧化性以及抗蠕变等性能，能够在1400℃以下不结晶、不分解、不氧化，具有十分优异的高温性能，在过去的20年里成为高温抗氧化陶瓷研究的热点。

由于上述这些优点，这种材料具有非常广泛的应用前景，如何大量制备这种材料，一直是科学工作者们为之探索的主要问题。

传统的SiCN(O)陶瓷材料的制备方法，是采用氯硅烷为原料，由于氯硅烷自身的特点，这种方法所需的合成条件非常苛刻，且气体氮源容易泄露，造成污染，反应过程中，由于有大量的热放出，所以一直需要冰浴冷却，制作工艺复杂。

发明内容

本发明为了解决现有以氯硅烷为原料制作SiCN(O)陶瓷材料的工艺复杂、制作条件苛刻以及制作过程中容易造成污染的问题，而提供了SiCN(O)陶瓷材料及其制备方法。

本发明SiCN(O)陶瓷材料按照重量份数比由20～30份的氮源、90～110份的溶剂和12～18份的硅源制成。

本发明SiCN(O)陶瓷材料按照以下步骤进行制备：一、按照重量份数比称取20～30份的氮源、90～110份的溶剂和12～18份的硅源；二、将步骤一称取的氮源和步骤一称取的溶剂置于反应釜中，封闭反应釜后对反应釜进行抽真空，再向反应釜充入氩气作为保护气体，然后向反应釜中加入硅源进行反应得到生成物，反应釜内的温度为30～150℃，反应时间为44～50h；三、将步骤二的生成物进行真空抽滤处理，然后将抽滤得到的滤液转入真空旋转加热蒸发容量瓶中，在80～90℃之间的水浴中进行蒸馏处理10～60min，最后留于瓶中的物质即为SiCN(O)先驱体；四、将SiCN(O)先驱体放入氧化铝管式炉中，在氩气或者氮气的保护下进行裂解，在1100～1300℃条件下保温4～6h，然后随炉冷却至室温，即得到SiCN(O)陶瓷材料。

本发明中所述的氮源为氨基甲酸铵，溶剂为环己烷、正己烷、苯、甲苯、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四氢呋喃，硅源由甲基乙烯基二氯硅烷、乙烯基二氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、苯甲基二氯硅烷中的一种或其中的几种组成。

本发明以氮源、溶剂和硅源为原料制作SiCN(O)先驱体，在将SiCN(O)先驱体进行裂解处理即得到SiCN(O)陶瓷材料，本发明所使用的原料无毒，反应条件温和，制作条件要求低，本发明方法的制作工艺简单，制作过程中没有氮气泄露的问题，不造成污染。本发明方法制作得到SiCN(O)陶瓷材料为黑色有金属光泽的固体SiCN(O)三元非晶陶瓷，本发明的SiCN(O)陶瓷材料可以在1000～1400℃条件下长期使用不晶化、不分解，具有优良的抗氧化性能。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式SiCN(O)陶瓷材料按照重量份数比由20～30份的氮源、90～110份的溶剂和12～18份的硅源制成。

本实施方式的SiCN(O)陶瓷材料可以在1000～1400℃条件下长期使用不晶化、不分解，具有优良的抗氧化性能。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是SiCN(O)陶瓷材料按照重量份数比由22～28份的氮源、92～108份的溶剂和14～16份的硅源制成。其它与具体实施方式一相同。

本实施方式的SiCN(O)陶瓷材料可以在1100～1400℃条件下长期使用不晶化、不分解，具有优良的抗氧化性能。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是SiCN(O)陶瓷材料按照重量份数比由24.5份的氮源、100份的溶剂和15份的硅源制成。其它与具体实施方式一相同。

本实施方式的SiCN(O)陶瓷材料可以在1200～1400℃条件下长期使用不晶化、不分解，具有优良的抗氧化性能。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是氮源为氨基甲酸铵。其它与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四中不同的是溶剂为环己烷、正己烷、苯、甲苯、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四氢呋喃。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一、二、三或五不同的是硅源由甲基乙烯基二氯硅烷、乙烯基二氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、苯甲基二氯硅烷中的一种或其中的几种组成。其它与具体实施方式一、二、三或五相同。

本实施方式硅源为混合物时，各种硅源间可按任意比混合。

具体实施方式七：本实施方式SiCN(O)陶瓷材料按照以下步骤进行制备：一、按照重量份数比称取20～30份的氮源、90～110份的溶剂和12～18份的硅源；二、将步骤一称取的氮源和步骤一称取的溶剂置于反应釜中，封闭反应釜后对反应釜进行抽真空，再向反应釜充入氩气作为保护气体，然后向反应釜中加入硅源进行反应得到生成物，反应釜内的温度为30～150℃，反应时间为44～50h；三、将步骤二的生成物进行真空抽滤处理，然后将抽滤得到的滤液转入真空旋转加热蒸发容量瓶中，在80～90℃之间的水浴中进行蒸馏处理10～60min，最后留于瓶中的物质即为SiCN(O)先驱体；四、将SiCN(O)先驱体放入氧化铝管式炉中，在氩气或者氮气的保护下进行裂解，在1100～1300℃条件下保温4～6h，然后随炉冷却至室温，即得到SiCN(O)陶瓷材料。

本实施方式制作得到的SiCN(O)陶瓷材料可以在1000～1400℃条件下长期使用不晶化、不分解，具有优良的抗氧化性能。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤一中按照重量份数比称取22～28份的氮源、92～108份的溶剂和14～16份的硅源。其它步骤及参数与具体实施方式七相同。

本实施方式制作得到的SiCN(O)陶瓷材料可以在1100～1400℃条件下长期使用不晶化、不分解，具有优良的抗氧化性能。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤一中按照重量份数比称取24.5份的氮源、100份的溶剂和15份的硅源制成。其它步骤与参数具体实施方式七相同。

本实施方式制作得到的SiCN(O)陶瓷材料可以在1200～1400℃条件下长期使用不晶化、不分解，具有优良的抗氧化性能。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七、八或九不同的是氮源为氨基甲酸铵。其它步骤与参数具体实施方式七、八或九同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十不同的是溶剂为环己烷、正己烷、苯、甲苯、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四氢呋喃。其它步骤与参数具体实施方式十同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式七、八、九或十一不同的是硅源由甲基乙烯基二氯硅烷、乙烯基二氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、苯甲基二氯硅烷中的一种或其中的几种组成。其它步骤与参数具体实施方式七、八、九或十一同。

本实施方式硅源为混合物时，各硅源间可按任意比混合。

具体实施方式十二：本实施方式SiCN(O)陶瓷材料按照以下步骤进行制备：一、按照重量份数比称取25份的氮源、100份的溶剂和16份的硅源；二、将步骤一称取的氮源和步骤一称取的溶剂置于反应釜中，封闭反应釜后对反应釜进行抽真空，再向反应釜充入氩气作为保护气体，然后向反应釜中加入硅源进行反应得到生成物，反应釜内的温度为50℃，反应时间为48h；三、将步骤二的生成物进行真空抽滤处理，然后将抽滤得到的滤液转入真空旋转加热蒸发容量瓶中，在85℃之间的水浴中进行蒸馏处理40min，最后留于瓶中的物质即为SiCN(O)先驱体；四、将SiCN(O)先驱体放入氧化铝管式炉中，在氩气或者氮气的保护下进行裂解，在1200℃条件下保温4～6h，然后随炉冷却至室温，即得到SiCN(O)陶瓷材料。

本实施方式制作得到的SiCN(O)陶瓷材料可以在1000～1500℃条件下长期使用不晶化、不分解，具有优良的抗氧化性能。

本实施方式步骤一中的氮源为氨基甲酸铵。

本实施方式步骤一中的溶剂为环己烷、正己烷、苯、甲苯、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四氢呋喃。

本实施方式步骤一中的硅源由甲基乙烯基二氯硅烷、乙烯基二氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、苯甲基二氯硅烷中的一种或其中的几种组成，其中本实施方式硅源为混合物时，各硅源间可按任意比混合。

具体实施方式十三：本实施方式具体实施方式十二不同的是步骤一中的氮源为氨基甲酸铵，溶剂为四氢呋喃，硅源由甲基乙烯基二氯硅烷、乙烯基二氯硅烷和乙烯基三氯硅烷按照1∶1∶1的质量比组成。其它步骤及参数与具体实施方式十二相同。

本实施方式制作得到的SiCN(O)陶瓷材料可以在1400℃条件下长期使用不晶化、不分解，具有优良的抗氧化性能。

具体实施方式十四：本实施方式具体实施方式十二不同的是步骤一中溶剂为正己烷。其它步骤及参数与具体实施方式十二相同。

本实施方式制作得到的SiCN(O)陶瓷材料可以在1000～1300℃条件下长期使用不晶化、不分解，具有优良的抗氧化性能。

具体实施方式十五：本实施方式具体实施方式十二不同的是步骤一中溶剂为苯。它步骤及参数与具体实施方式十二相同。

具体实施方式十六：本实施方式具体实施方式十二不同的是步骤一中溶剂为甲苯。它步骤及参数与具体实施方式十二相同。

本实施方式制作得到的SiCN(O)陶瓷材料可以在1150～1400℃条件下长期使用不晶化、不分解，具有优良的抗氧化性能。

具体实施方式十七：本实施方式具体实施方式十二不同的是步骤一中溶剂为乙二醇二甲醚。它步骤及参数与具体实施方式十二相同。

本实施方式制作得到的SiCN(O)陶瓷材料可以在1250～1400℃条件下长期使用不晶化、不分解，具有优良的抗氧化性能。

具体实施方式十八：本实施方式具体实施方式十二不同的是步骤一中溶剂为二乙二醇二甲醚。它步骤及参数与具体实施方式十二相同。

具体实施方式十九：本实施方式具体实施方式十二不同的是步骤一中硅源由甲基乙烯基二氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、甲基三氯硅烷和苯甲基二氯硅烷按照1∶2∶2.5∶4的质量比组成。它步骤及参数与具体实施方式十二相同。

具体实施方式二十：本实施方式具体实施方式十二不同的是步骤一中硅源由二甲基二氯硅烷、甲基二氯硅烷和苯甲基二氯硅烷按照0.5∶1.2∶3的质量比组成。它步骤及参数与具体实施方式十二相同。

具体实施方式二十一：本实施方式具体实施方式十二不同的是步骤一中硅源是二甲基二氯硅烷。它步骤及参数与具体实施方式十二相同。

Claims

1.SiCN(O)陶瓷材料，其特征在于SiCN(O)陶瓷材料按照重量份数比由20～30份的氮源、90～110份的溶剂和12～18份的硅源制成。

2.根据权利要求1所述的SiCN(O)陶瓷材料，其特征在于SiCN(O)陶瓷材料按照重量份数比由22～28份的氮源、92～108份的溶剂和14～16份的硅源制成。

3.根据权利要求1所述的SiCN(O)陶瓷材料，其特征在于SiCN(O)陶瓷材料按照重量份数比由24.5份的氮源、100份的溶剂和15份的硅源制成。

4.根据权利要求1、2或3所述的SiCN(O)陶瓷材料，其特征在于氮源为氨基甲酸铵。

5.根据权利要求1、2或3所述的SiCN(O)陶瓷材料，其特征在于溶剂为环己烷、正己烷、苯、甲苯、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四氢呋喃。

6.根据权利要求1、2或3所述的SiCN(O)陶瓷材料，其特征在于硅源由甲基乙烯基二氯硅烷、乙烯基二氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、苯甲基二氯硅烷中的一种或其中的几种组成。

7.SiCN(O)陶瓷材料的制备方法，其特征在于SiCN(O)陶瓷材料按照以下步骤进行制备：一、按照重量份数比称取20～30份的氮源、90～110份的溶剂和12～18份的硅源；二、将步骤一称取的氮源和步骤一称取的溶剂置于反应釜中，封闭反应釜后对反应釜进行抽真空，再向反应釜充入氩气作为保护气体，然后向反应釜中加入硅源进行反应得到生成物，反应釜内的温度为30～150℃，反应时间为44～50h；三、将步骤二的生成物进行真空抽滤处理，然后将抽滤得到的滤液转入真空旋转加热蒸发容量瓶中，在80～90℃之间的水浴中进行蒸馏处理10～60min，最后留于瓶中的物质即为SiCN(O)先驱体；四、将SiCN(O)先驱体放入氧化铝管式炉中，在氩气或者氮气的保护下进行裂解，在1100～1300℃条件下保温4～6h，然后随炉冷却至室温，即得到SiCN(O)陶瓷材料。

8.根据权利要求7所述的SiCN(O)陶瓷材料的制备方法，其特征在于氮源为氨基甲酸铵。

9.根据权利要求7或8所述的SiCN(O)陶瓷材料，其特征在于溶剂为环己烷、正己烷、苯、甲苯、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四氢呋喃。

10.根据权利要求9所述的SiCN(O)陶瓷材料，其特征在于硅源由甲基乙烯基二氯硅烷、乙烯基二氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、苯甲基二氯硅烷中的一种或其中的几种组成。