專利名稱：SiOCN陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷制備領(lǐng)域，具體涉及一種SiOCN陶瓷的制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)石英玻璃體系中的二價O被四價C或三價N替代時，其分子結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定， 材料的高溫性能和力學(xué)性能將會得到改善。但是通過傳統(tǒng)的高溫?zé)Y(jié)方法很難使C 或N連接到Si-O體系中，而通過先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法在100(TC左右就能實現(xiàn)。通過對先驅(qū) 體法制備的Si-O-C和Si-C-N體系材料的大量研究發(fā)現(xiàn),這些材料表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)、 化學(xué)、高溫性能。SiOCN體系材料由于結(jié)合這兩類材料的優(yōu)點而成為一個新興的研 究熱點。現(xiàn)有報道中合成SiOCN體系材料多采用聚硅氮垸經(jīng)氧化處理得到，這種方 法很難控制引入的O含量，同時容易造成材料的分相，而影響SiClCN材料的性能， 該法成分不易控，制備工藝復(fù)雜;'另外一種合成SiOCN材料的方法是利用小分子的 硅垸和氨(胺)類原料通過CVD法制備，但是這種方法多用于制備薄膜，且制作過程 需要在高溫高壓下進行，該法成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有SiOCN材料的制備方法存在的成分不易控、制備 工藝復(fù)雜及成本高問題，而提供了一種SiOCN陶瓷的制備方法。
本發(fā)明SiOCN陶瓷的制備方法按照以下步驟進行 一、含硅氫鍵的化合物與烯 丙胺按照Si-H/C=C的摩爾比為0.5~16的比例混合，再加入鉑催化劑混合均勻得到混 合物，其中鉑催化劑的用量是？1元素質(zhì)量為混合物質(zhì)量的0.0005°/。 0.020%; 二、將 步驟一中的混合物在100。C 20(TC的條件下保溫3 15小時得到SiOCN先驅(qū)體；三、 SiOCN先驅(qū)體在氣氛保護條件下在管式爐中以l 20°C/min的加熱速度升溫到 900 140(TC并保溫0.5 2h，然后隨爐冷卻，即制備得到SiOCN陶瓷。
本發(fā)明SiOCN陶瓷的制備方法中含硅氫鍵的化合物為含氫硅氧垸或含氫聚硅氧 烷，其中含氫硅氧垸為四甲基環(huán)四硅氧烷或四甲基二氫硅氧烷；含氫聚硅氧垸為含 氫甲基硅油或聚甲基氫硅氧垸。
本發(fā)明方法制備SiOCN陶瓷通過對原料配比的調(diào)節(jié)實現(xiàn)對材料成分的控制，所 得先驅(qū)體成分均一，且所用的含氫硅氧烷、含氫聚硅氧烷和烯丙胺為商品化產(chǎn)品，成本低廉，本發(fā)明方法制備SiOCN陶瓷的成本低，本發(fā)明的制備不需要在高溫高壓 下進行，耗能低，且本發(fā)明制備方法中成分易控，制備工藝簡單；本發(fā)明方法制備 過程中SiOCN先驅(qū)體通過差熱-熱重分析法進行檢測，檢測結(jié)果顯示SiOCN先驅(qū)體 在100(TC條件下裂解的陶瓷產(chǎn)率在60 95M之間，陶瓷產(chǎn)率高，可提高SiOCN陶瓷 的性能；本發(fā)明制備得到的SiOCN陶瓷在1500'C的惰性氣體環(huán)境下熱處理2h沒有 質(zhì)量變化，而在160(TC的惰性氣體環(huán)境下熱處理2h，其質(zhì)量損失僅為1%~2%，本 發(fā)明制備得到的SiOCN陶瓷高溫性能好，可在140(TC以上的條件下使用，應(yīng)用范圍 廣。
具體實施例方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間 的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式SiOCN陶瓷的制備方法按照以下步驟進行一、 含硅氫鍵的化合物與烯丙胺按照Si-H/C=C的摩爾比為0.5-16的比例混合，再加入鈾 催化劑混合均勻得到混合物，其中鉑催化劑的用量是Pt元素質(zhì)量為混合物質(zhì)量的 0.0005%~0.020%; 二、將步驟一中的混合物在10(TC 20(TC的條件下保溫3 15小時 得到SiOCN先驅(qū)體；三、SiOCN先驅(qū)體在氣氛保護條件下在管式爐中以l~20°C/min 的加熱速度升溫到900 140(TC并保溫0.5~2h，然后隨爐冷卻，'即制備得到SiOCN陶 瓷。
本實施方式步驟一中Si-H為含硅氫鍵的化合物的活性基團；烯丙胺的分子式為 CH2=CHCH2NH2。
本實施方式制備得到的SiOCN陶瓷高溫穩(wěn)定性優(yōu)越，可在140(TC以上的條件下使用。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中含硅氫鍵的 化合物與烯丙胺按照Si-H/C=C的摩爾比為1 13的范圍混合。其他步驟及參數(shù)與具 休實施方式一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是含氫硅氧烷為四 甲基環(huán)四硅氧烷或四甲基二氫硅氧垸。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是含氫聚硅氧烷為
含氫甲基硅油或聚甲基氫硅氧烷。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
三不同的是步驟一中的鉑催化劑的制備方法為將lg氯鉑酸溶于lOOmL經(jīng)鈉干燥的四氫呋喃溶液中即制備得到鉬催 化劑。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一、二或五不同的是步驟一中的 鉑催化劑的用量是混合物質(zhì)量的0.001% 0.015%。其他步驟及參數(shù)與
具體實施例方式
一、 二或五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟二中將混合物置
于11(TC 17(TC的條件下保溫5~12小時。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟二中將混合物置 于12(TC的條件下保溫8小時。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一、二、五或七不同的是步驟三
中在氣氛保護條件下的保護氣氛為氮氣或氬氣。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式
一、
二、 五或七相同。
具體實施方式
十本實施方式本實施方式與具體實施方式
九不同的是步驟三中
在1000 130(TC條件下裂解0.9 l.lh。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式
九相同。
具體實施方式
十一本實施方式本實施方式與具體實施方式
十不同的是步驟三
中在120(TC條件下裂解lh。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式
十相同。
具體實施方式
十二、本實施方式SiOCN陶瓷的制備方法按照以下步驟進行一、 含硅氫鍵的化合物與烯丙胺按照Si-H/C=C的摩爾比為3~12的比例混合，再加入鉬 催化劑混合均勻得到混合物，其中鉑催化劑的用量是Pt元素質(zhì)量為混合物質(zhì)量的 0.001% 0.015%; 二、將步驟一中的混合物在120'C 18(TC的條件下保溫5~12小時 得到SiOCN先驅(qū)體；三、SiOCN先驅(qū)體在氣氛保護條件下在管式爐中以l 2(TC/min 的加熱速度升溫到1000 130(TC并保溫1 1.5h，然后隨爐冷卻，即制備得到SiOCN 陶瓷。
本實施方式步驟一中Si-H為含硅氫鍵的化合物的活性基團；烯丙胺的分子式為 CH2=CHCH2NH2。
本實施方式含硅氫鍵的化合物為含氫硅氧垸或含氫聚硅氧烷，其中含氫硅氧烷
為四甲基環(huán)四硅氧烷或四甲基二氫硅氧烷；含氫聚硅氧烷為含氫甲基硅油或聚甲基 氫硅氧垸。
本實施方式制備得到的SiOCN陶瓷高溫性能好，可在14CKTC以上的條件下使用。
具體實施方式
十三本實施方式SiOCN陶瓷的制備方法按照以下步驟進行一、
5含硅氫鍵的化合物與烯丙胺按照Si-H/C=C的摩爾比為4的比例混合，再加入鉑催化
劑混合均勻得到混合物，其中鉑催化劑的用量是pt元素質(zhì)量為混合物質(zhì)量的o.oi5y。;
二、將步驟一中的混合物在120。C的條件下保溫8小時得到SiOCN先驅(qū)體;三、SiOCN
先驅(qū)體在氣氛保護條件下在管式爐中以8°C/min的加熱速度升溫到110(TC并保溫lh，
然后隨爐冷卻，即制備得到SiOCN陶瓷。
本實施方式步驟一中的含硅氫鍵的化合物為含氫硅氧烷中的聚甲基氫硅氧烷。 本實施方式步驟二中制備得到的SiOCN先驅(qū)體通過差熱-熱重分析法進行檢測，
結(jié)果顯示SiOCN先驅(qū)體在100(TC裂解的陶瓷產(chǎn)率為90%，陶瓷產(chǎn)率高，可提高SiOCN
陶瓷的性能。
本實施方式制備得到的SiOCN陶瓷在150(TC的惰性氣體環(huán)境下熱處理2h沒有 質(zhì)量變化，而在1600'C的惰性氣體環(huán)境下熱處理2h，其質(zhì)量損失僅為1% 2%，本 實施方式制備得到的SiOCN陶瓷高溫性能好，可在1400'C以上的條件下使用，應(yīng)用
范圍廣。
權(quán)利要求
1、SiOCN陶瓷的制備方法，其特征在于SiOCN陶瓷的制備方法按照以下步驟進行一、含硅氫鍵的化合物與烯丙胺按照Si-H/C＝C的摩爾比為0.5～16的比例混合，再加入鉑催化劑混合均勻得到混合物，其中鉑催化劑的用量是Pt元素質(zhì)量為混合物質(zhì)量的0.0005％～0.020％，含硅氫鍵的化合物為含氫硅氧烷或含氫聚硅氧烷；二、將步驟一中的混合物在100℃～200℃的條件下保溫3～15小時得到SiOCN先驅(qū)體；三、SiOCN先驅(qū)體在氣氛保護條件下在管式爐中以1～20℃/min的加熱速度升溫到900～1400℃并保溫0.5～2h，然后隨爐冷卻，即制備得到SiOCN陶瓷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiOCN陶瓷的制備方法，其特征在于步驟一中 含硅氫鍵的化合物與烯丙胺按照Si-H/C=C的摩爾比為1 13的范圍混合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2'所述的SiOCN陶瓷的制備方法，其特征在于含氫 硅氧烷為四甲基環(huán)四硅氧烷或四甲基二氫硅氧垸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的SiOCN陶瓷的制備方法，其特征在于含氫 聚硅氧烷為含氫甲基硅油或聚甲基氫硅氧垸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的SiOCN陶瓷的制備方法，其特征在于步驟一中 的鉑催化劑的制備方法為將lg氯鉑酸溶于lOOmL經(jīng)鈉干燥的四氫呋喃溶液 中即制備得到鉑催化劑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或5所述的SiOCN陶瓷的制備方法，其特征在于 步驟一中的鉑催化劑的用量是混合物質(zhì)量的0.001%~0.015%。'
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的SiOCN陶瓷的制備方法，其特征在于步驟二中 將混合物置于11(TC 17(TC的條件下保溫5~12小時。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的SiOCN陶瓷的制備方法，，其特征在于步驟二中 將混合物置于12(TC的條件下保溫8小時。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 5或8所述的SiOCN陶瓷的制備方法，其特征在 于步驟三中在氣氛保護條件下的保護氣氛為氮氣或氬氣。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的SiOCN陶瓷的制備方法，其特征在于步驟三 中在1000 1300。C條件下保溫0.9~l.lh。
全文摘要
SiOCN陶瓷的制備方法，它屬于陶瓷制備領(lǐng)域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有SiOCN材料的制備方法存在的成分不易控、制備工藝復(fù)雜及成本高問題。本發(fā)明方法一、含硅氫鍵的化合物與烯丙胺混合，再加入鉑催化劑混合均勻得到混合物；二、制備SiOCN先驅(qū)體；三、經(jīng)過裂解即制備得到SiOCN陶瓷。本發(fā)明的制備方法成本低，制備得到的SiOCN陶瓷高溫性能好，可在1400℃以上的條件下使用，應(yīng)用范圍廣。
文檔編號C04B35/515GK101550012SQ20091007202
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者張曉東, 溫廣武, 白宏偉, 博 鐘, 韓兆祥, 黃小蕭 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)