CN102432287B - 硅氧碳/金属氧化物复合陶瓷的制备方法 - Google Patents

硅氧碳/金属氧化物复合陶瓷的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅氧碳/金属氧化物复合陶瓷的制备方法，步骤为：(1)将二甲基二乙氧基硅氧烷(CH3)2Si(OC2H5)2置于烧杯中，再将金属醇盐加入其中，连续搅拌，入模，烘干，3h后，得到凝胶，其中二甲基二乙氧基硅氧烷与金属醇盐的质量比为＝2∶1～6∶1；(2)将得到的凝胶在100sccm的惰性气流中热解，升至1000℃，保温1h，得到硅氧碳/金属氧化物即SiOC/MO复合陶瓷。本发明提高了SiOC/MO复合陶瓷中MO的含量，从而提高了复合陶瓷的高温稳定性，该复合陶瓷在氩气中1550℃只有0.2％的失重。

Description

硅氧碳/金属氧化物复合陶瓷的制备方法
技术领域
本发明是关于硅氧碳/金属氧化物(SiOC/MO)复合陶瓷，尤其涉及一种利用硅氧烷和金属醇盐，采用溶胶凝胶反应制备硅氧碳/金属氧化物(SiOC/MO)复合陶瓷的方法。
背景技术
溶胶凝胶法制备高温陶瓷，具有组分和结构可调、操作方便、热解温度低等特点，广泛应用于硅基陶瓷纤维及其块体的制备。SiOC陶瓷在温度大于1000℃后，会析出SiO2和无定形碳，温度再高C会和SiO2发生反应生成SiC和CO，这样就影响了SiOC的高温稳定性能。当加入高温金属氧化物形成硅氧碳/金属氧化物(SiOC/MO)复合陶瓷，由于MO的加入能够提高他的高温稳定性能(抗氧化性能和抗蠕变性能)，同时可以提高SiOC陶瓷的晶化温度，从而提高了陶瓷的使用温度。然而研究主要集中在利用金属醇盐改性大分子聚合物，如：聚倍半硅氧烷，其中典型的作品为：E.Ionescu，B.Papendorf，H.J.Kleebe，R.Riedel.Polymer-Derived Silicon Oxycarbide/Hafnia Ceramic Nanocomposites.Part II：Stability TowardDecomposition and Microstructure Evolution at T≥1000℃.J.Am.Ceram.Soc.，(2010)93：1783-1789.文章通过在SiOC陶瓷中加入Hf，形成SiOC/HfO2陶瓷，当处理温度高达1400℃，才出现少量的SiO2，减少了SiOC晶化，提高了材料的高温性能。但由于聚倍半硅氧烷中Si-OH含量低，得到的前驱体中Si-M-OH键低，导致陶瓷化后形成的复合陶瓷中金属氧化物(MO)含量偏低，氩气中热处理温度为1600℃，失重高达8.56％，对改善高温性能作用有限。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术的复合陶瓷中金属氧化物(MO)含量偏低、高温稳定性差的缺点，提供一种利用硅氧烷和金属醇盐制备SiOC/MO复合耐高温陶瓷的方法。本发明基于硅氧烷中高的Si-OH含量，利用硅羟基(Si-OH)和金属羟基键(M-OH)的之间缩聚反应，形成高含量的Si-M-OH的前驱体，通过热解后得到高含量的金属氧化物(MO)的复合陶瓷。
本发明通过如下技术方案予以实现。
硅氧碳/金属氧化物复合陶瓷的制备方法，具有如下步骤：
(1)将二甲基二乙氧基硅氧烷(CH3)2Si(OC2H5)2置于5ml的小烧杯中，再将金属醇盐Hf(OC4H9)4或者Zr(OC3H7)4加入其中，过程中连续搅拌，然后倒入模具中，再将模具置于60℃的烘箱中，3h后，得到凝胶，其中二甲基二乙氧基硅氧烷与金属醇盐的质量比为＝2∶1～6∶1；
(2)将步骤(1)得到的凝胶在100sccm的惰性气流中热解，热解制度为3℃/min，升至1000℃，保温1h，再以3℃/min降至室温，得到硅氧碳/金属氧化物即SiOC/MO复合陶瓷。
所述步骤(2)的惰性气流为氮气或者氦气。
所述步骤(2)的金属氧化物即MO为HfO2或者ZrO2。
本发明的有益效果是，提供了一种利用硅氧烷和金属醇盐制备SiOC/MO复合陶瓷的方法，提高了SiOC/MO复合陶瓷中MO的含量，从而提高了复合陶瓷的高温稳定性；该复合陶瓷在氩气中1550℃只有0.2％的失重。
附图说明
图1是本发明实施例1得到的复合陶瓷的SEM图；
具体实施方式
本发明所用原料均采用市售分析纯原料，具体实施例如下。
实施例1
(1)用天平称取3.55g二甲基二乙氧基硅氧烷(CH3)2Si(OC2H5)2(DMDES)，置于5ml的小烧杯中，液体呈无色透明状态，再将0.89g金属醇盐Hf(OC4H9)4(铪酸丁酯)加入其中，液体从无色透明变成棕黄色透明。磁力搅拌器以200r/min在室温下连续搅拌，经过240min后，烧杯中液体出现大量的气泡，停止搅拌，从磁力搅拌器中取下烧杯。然后将液体倒入到模具中，模具放置在60℃的烘箱中，3h后，液体变成棕黄色的凝胶。
(2)将步骤(1)得到的凝胶取0.8757g在100sccm的氩气气流中热解，热解制度为3℃/min，升至1000℃，保温1h，再以3℃/min降至室温，得到0.3780g硅氧碳/二氧化铪(SiOC/HfO2)复合陶瓷，陶瓷产率为43.1wt.％。
将步骤(2)得到的复合陶瓷进行扫面分析，见图1，从图中1中可以看出SEM结果显示陶瓷体致密，没有裂纹。
再将步骤(2)得到的复合陶瓷研磨，进行氩气热重分析，当温度升高到1550℃时，只有0.2wt.％失重。
实施例2
(1)用天平称取3.55g二甲基二乙氧基硅氧烷(CH3)2Si(OC2H5)2(DMDES)，置于5ml的小烧杯中，液体呈无色透明状态，再将0.63g金属醇盐Zr(OC3H7)4(正丙醇锆)加入其中，磁力搅拌器以200r/min在室温下连续搅拌，经过240min后，烧杯中液体出现大量的气泡，停止搅拌，从磁力搅拌器中取下烧杯。然后将液体倒入到模具中，模具放置在60℃的烘箱中，3h后，得到凝胶。
(2)将步骤(1)得到的凝胶在100sccm的氮气气流中热解，热解制度为3℃/min，升至1000℃，保温1h，再以3℃/min降至室温，得到硅氧碳/二氧化锆(SiOC/ZrO2)复合陶瓷。

Claims (2)

1.一种硅氧碳/金属氧化物复合陶瓷的制备方法，具有如下步骤： 
(1)将二甲基二乙氧基硅氧烷(CH3)2Si(OC2H5)2置于5mL的小烧杯中，再将金属醇盐Hf(OC4H9)4或者Zr(OC3H7)4加入其中，过程中连续搅拌，然后倒入模具中，再将模具置于60°C的烘箱中，3h后，得到凝胶，其中二甲基二乙氧基硅氧烷与金属醇盐的质量比为=2∶1～6∶1； 
(2)将步骤(1)得到的凝胶在100sccm的惰性气流中热解，热解制度为3°C/min，升至1000°C，保温1h，再以3°C/min降至室温，得到硅氧碳/金属氧化物即SiOC/MO复合陶瓷； 
所述MO为HfO2或者ZrO2。 
2.根据权利要求1的硅氧碳/金属氧化物复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的惰性气流为氮气或者氦气。 
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