專利名稱：硅氧碳/金屬氧化物復合陶瓷的制備方法
技術領域：
本發明是關于硅氧碳/金屬氧化物(Si0C/M0)復合陶瓷，尤其涉及一種利用硅氧烷和金屬醇鹽，采用溶膠凝膠反應制備硅氧碳/金屬氧化物(Si0C/M0)復合陶瓷的方法。
背景技術：
溶膠凝膠法制備高溫陶瓷，具有組分和結構可調、操作方便、熱解溫度低等特點， 廣泛應用于硅基陶瓷纖維及其塊體的制備。SiOC陶瓷在溫度大于1000°C后，會析出SiO2 和無定形碳，溫度再高C會和Si02發生反應生成SiC和C0，這樣就影響了 SiOC的高溫穩定性能。當加入高溫金屬氧化物形成硅氧碳/金屬氧化物(Si0C/M0)復合陶瓷，由于MO 的加入能夠提高他的高溫穩定性能(抗氧化性能和抗蠕變性能)，同時可以提高SiOC陶瓷的晶化溫度，從而提高了陶瓷的使用溫度。然而研究主要集中在利用金屬醇鹽改性大分子聚合物，如聚倍半硅氧烷，其中典型的作品為:E. Ionescu，B. Papendorf，H. J. Kleebe， R. Riedel. Polymer-Derived Silicon Oxycarbide/Hafnia Ceramic Nanocomposites. Part II :Stability Toward Decomposition and Microstructure Evolution at T ^ 100CTC . J.Am. Ceram. Soc.，(2010)93 :1783-1789.文章通過在 SiOC 陶瓷中加入 Hf，形成 Si0C/Hf02 陶瓷，當處理溫度高達1400°C，才出現少量的SiO2,減少了 SiOC晶化，提高了材料的高溫性能。但由于聚倍半硅氧烷中Si-OH含量低，得到的前驅體中Si-M-OH鍵低，導致陶瓷化后形成的復合陶瓷中金屬氧化物(MO)含量偏低，氬氣中熱處理溫度為1600°C，失重高達 8. 56%，對改善高溫性能作用有限。
發明內容
本發明的目的是，克服現有技術的復合陶瓷中金屬氧化物(MO)含量偏低、高溫穩定性差的缺點，提供一種利用硅氧烷和金屬醇鹽制備Si0C/M0復合耐高溫陶瓷的方法。本發明基于硅氧烷中高的Si-OH含量，利用硅羥基(Si-OH)和金屬羥基鍵(M-OH)的之間縮聚反應，形成高含量的Si-M-OH的前驅體，通過熱解后得到高含量的金屬氧化物(MO)的復合陶瓷。本發明通過如下技術方案予以實現。硅氧碳/金屬氧化物復合陶瓷的制備方法，具有如下步驟(1)將二甲基二乙氧基硅氧烷(CH3)2Si (OC2H5)2置于5ml的小燒杯中，再將金屬醇鹽Hf (OC4H9)4或者^(OC3H7)4加入其中，過程中連續攪拌，然后倒入模具中，再將模具置于60°C的烘箱中，池后，得到凝膠，其中二甲基二乙氧基硅氧烷與金屬醇鹽的質量比為= 2 1 6 1 ；(2)將步驟(1)得到的凝膠在lOOsccm的惰性氣流中熱解，熱解制度為3°C /min, 升至1000°C，保溫lh，再以3°C /min降至室溫，得到硅氧碳/金屬氧化物即Si0C/M0復合陶所述步驟O)的惰性氣流為氮氣或者氦氣。
所述步驟⑵的金屬氧化物即MO為HfO2或者&02。本發明的有益效果是，提供了一種利用硅氧烷和金屬醇鹽制備Si0C/M0復合陶瓷的方法，提高了 Si0C/M0復合陶瓷中MO的含量，從而提高了復合陶瓷的高溫穩定性；該復合陶瓷在氬氣中1550°C只有0. 2%的失重。
圖1是本發明實施例1得到的復合陶瓷的SEM圖；
具體實施例方式本發明所用原料均采用市售分析純原料，具體實施例如下。實施例1(1)用天平稱取3. 55g 二甲基二乙氧基硅氧烷(CH3)2Si (OC2H5)2 (DMDES)，置于5ml 的小燒杯中，液體呈無色透明狀態，再將0. 89g金屬醇鹽Hf (OC4H9)4 (鉿酸丁酯)加入其中， 液體從無色透明變成棕黃色透明。磁力攪拌器以200r/min在室溫下連續攪拌，經過MOmin 后，燒杯中液體出現大量的氣泡，停止攪拌，從磁力攪拌器中取下燒杯。然后將液體倒入到模具中，模具放置在60°C的烘箱中，3h后，液體變成棕黃色的凝膠。(2)將步驟(1)得到的凝膠取0. 8757g在lOOsccm的氬氣氣流中熱解，熱解制度為 30C /min，升至1000°C，保溫lh，再以3°C /min降至室溫，得到0. 3780g硅氧碳/ 二氧化鉿 (Si0C/Hf02)復合陶瓷，陶瓷產率為43. lwt. %0將步驟⑵得到的復合陶瓷進行掃面分析，見圖1，從圖中1中可以看出SEM結果顯示陶瓷體致密，沒有裂紋。再將步驟( 得到的復合陶瓷研磨，進行氬氣熱重分析，當溫度升高到1550°C時， 只有0. 2wt. %失重。實施例2(1)用天平稱取3. 55g 二甲基二乙氧基硅氧烷(CH3)2Si (OC2H5)2 (DMDES)，置于5ml 的小燒杯中，液體呈無色透明狀態，再將0. 63g金屬醇鹽ττ (OC3H7) 4 (正丙醇鋯)加入其中， 磁力攪拌器以200r/min在室溫下連續攪拌，經過MOmin后，燒杯中液體出現大量的氣泡， 停止攪拌，從磁力攪拌器中取下燒杯。然后將液體倒入到模具中，模具放置在60°C的烘箱中，池后，得到凝膠。(2)將步驟(1)得到的凝膠在lOOsccm的氮氣氣流中熱解，熱解制度為3°C /min, 升至1000°C，保溫lh，再以3°C /min降至室溫，得到硅氧碳/ 二氧化鋯(SiOCArO2)復合陶
ο
權利要求
1.一種硅氧碳/金屬氧化物復合陶瓷的制備方法，具有如下步驟(1)將二甲基二乙氧基硅氧烷(CH3)2Si(OC2H5)2置于5ml的小燒杯中，再將金屬醇鹽Hf(OC4H9)4或者^(OC3H7)4加入其中，過程中連續攪拌，然后倒入模具中，再將模具置于60°C的烘箱中，池后，得到凝膠，其中二甲基二乙氧基硅氧烷與金屬醇鹽的質量比為= 2 1 6 1 ；(2)將步驟⑴得到的凝膠在lOOsccm的惰性氣流中熱解，熱解制度為3°C/min，升至 1000°C，保溫lh，再以3°C /min降至室溫，得到硅氧碳/金屬氧化物即SiOC/MO復合陶瓷。
2.根據權利要求1的硅氧碳/金屬氧化物復合陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟 (2)的惰性氣流為氮氣或者氦氣。
3.根據權利要求1的硅氧碳/金屬氧化物復合陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟 ⑵的金屬氧化物即MO為HfO2或者&02。
全文摘要
本發明公開了一種硅氧碳/金屬氧化物復合陶瓷的制備方法，步驟為(1)將二甲基二乙氧基硅氧烷(CH3)2Si(OC2H5)2置于燒杯中，再將金屬醇鹽加入其中，連續攪拌，入模，烘干，3h后，得到凝膠，其中二甲基二乙氧基硅氧烷與金屬醇鹽的質量比為＝2∶1～6∶1；(2)將得到的凝膠在100sccm的惰性氣流中熱解，升至1000℃，保溫1h，得到硅氧碳/金屬氧化物即SiOC/MO復合陶瓷。本發明提高了SiOC/MO復合陶瓷中MO的含量，從而提高了復合陶瓷的高溫穩定性，該復合陶瓷在氬氣中1550℃只有0.2％的失重。
文檔編號C04B35/48GK102432287SQ20111025104
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月29日 優先權日2011年8月29日
發明者侯峰, 阮丁山 申請人:天津大學