一種前驅體轉化法制備含鐵硅碳氮陶瓷的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及含鐵硅碳氮陶瓷的制備方法，具體涉及一種前驅體轉化法合成含鐵硅 碳氮陶瓷的方法，屬無機非金屬材料領域。
【背景技術】
[0002] 隨著信息時代的來臨及多種多樣的智能科技的快速發展，數據傳輸、電子通訊、無 線網絡系統、衛星發射、系統診斷與檢測、雷達等都要利用和發射電磁波，不同發射源的電 磁波總是相互干擾使得傳輸數據的準確性降低，外來電磁波的干擾甚至可導致電子器件的 失靈與損壞，因此電磁輻射污染成為當前研究亟待解決的問題。然而通過單純的電磁屏蔽 并不能從根本上削弱、消除電磁波，利用電磁波吸收材料把電磁波的能量轉化成其他形式 的能量（如機械能、熱能和電能）利用或耗散掉，有助于最大程度消除電磁波的影響。
[0003] 結合以上出現的電磁波輻射污染問題，厚度薄、輕質、吸收頻帶寬和吸收強度高的 電磁波吸收材料逐漸引起人們廣泛的興趣。
[0004] 傳統型吸波材料主要包括鐵氧體、金屬合金、石墨及碳化硅陶瓷等，具有較高的吸 波強度，但其吸收頻帶不寬和密度較大。尤其是鐵氧體和傳統陶瓷類吸波材料由于密度大 的原因限制了其在該領域的進一步發展，因此結構類似而相對輕質的前驅體陶瓷在吸波材 料中具有潛在的應用價值。
[0005] 前驅體陶瓷（Polymer-Derived Ceramics)是將有機高分子前驅體直接熱解而得 到的陶瓷材料。前驅體熱解法是一種新型的陶瓷制備工藝，具有傳統陶瓷工藝無法比擬的 眾多優點。前驅體陶瓷的制備可直接將液態有機前驅體在模具中經光固化或熱固化成型 后，熱解燒結得到，有利于制備形狀復雜的器件、薄膜、纖維或多孔制品，在MEMS、催化、3D 打印等領域有著廣闊的發展前景，因此它的出現立即引起材料科研工作者的青睞并得到迅 速發展。前驅體陶瓷技術涉及到采用化學方法合成先驅體低聚物或聚合物，然后成型、裂解 得到陶瓷，開創了從有機高分子制備無機陶瓷的新領域，實現了陶瓷制備工藝革命性的創 新，集有機高分子和陶瓷兩大材料的優點，對傳統陶瓷工藝作出革命性的創新。
[0006] 由于SiCN前驅體陶瓷具有獨特的非晶結構、均一的化學組成以及良好的抗熱震 性和抗高溫氧化性，相關研究也越來越受到人們的重視。但是，目前SiCN前軀體陶瓷在微 波吸收方面性能不佳，使其在吸波材料領域的發展受到很大程度的限制。
【發明內容】
[0007] 針對現有技術的不足，本發明提供一種前驅體法制備含鐵SiCN陶瓷的方法，該方 法工藝簡單、生產成本低、制備周期短，所制得樣品電磁波衰減系數高，微波吸收性能好。
[0008] 本發明技術方案如下：
[0009] -種前驅體法制備含鐵SiCN陶瓷的方法，包括步驟如下：
[0010] ⑴混料：在N2氣氛下，將聚硅氮烷（PSZ)、α -甲基丙烯酸和過氧化二異丙苯攪 拌均勻，得到混合溶液；
[0011] 所述聚硅氮烷：過氧化二異丙苯按質量比96%~98%:2%~4%配料，所述α-甲 基丙烯酸為聚硅氮烷和過氧化二異丙苯總質量的10%~20% ;
[0012] (2)交聯固化：將步驟（1)所得混合溶液在3~5°C /min的升溫速率從室溫升溫 至500~700°C，固化2~6h ;
[0013] (3)粉碎球磨：將步驟⑵固化所得的物料粉碎球磨，過100-200目篩；
[0014] (4)混料：將步驟（3)過篩所得的粉料加入納米氧化鐵并混合均勻；
[0015] 所述納米氧化鐵按步驟（3)所得粉料質量的20~100%摻入配料；
[0016] (5)造粒成型：將步驟⑷所得粉料在IOMPa~30MPa的壓力下壓制成型，冷等靜 壓，獲得生坯；
[0017] (6)熱解/燒結：將步驟（5)所得生坯在N2氣氛保護下在KKKTC~1400°C的溫度 進行熱解/燒結，保溫2h~4h，即得。
[0018] 根據本發明，優選的，步驟（1)中所述的聚硅氮烷為HTT1800。HTT1800可市場購 得，也可按現有技術自己制備得到。
[0019] 根據本發明，優選的，步驟（2)中升溫速率為3°C /min，固化溫度600°C，固化時間 4h。較低的升溫速率和較高的固化時間以保證聚硅氮烷充分交聯固化，促進反應的進行。
[0020] 根據本發明，優選的，步驟（4)中所述納米氧化鐵按步驟（3)所得物料的30~ 100 %摻入配料，進一步優選30 %，60 %，80 %，100 %。
[0021] 根據本發明，優選的，步驟（5)中冷等靜壓在ISOMPa下進行，保壓300s。
[0022] 根據本發明，優選的，步驟（6)中從室溫以3~5°C/min升溫速率升溫至1000°C~ 1400°C進行熱解/燒結；進一步優選的，熱解溫度為1300°C。
[0023] 本發明的原理：
[0024] 本發明以聚硅氮烷為前驅體來源、過氧化二異丙苯為交聯劑，可在雙排氣體分配 器（真空/惰性多歧管系統，俗稱Schlenk line)的協助下將其混合制備SiCN陶瓷材料， 在原料混合溶解階段引入碳源甲基丙烯酸制得含碳量較高的SiCN陶瓷材料，原料摻雜階 段引入鐵源納米氧化鐵，制得磁性能較好的SiCN(Fe)前驅體陶瓷材料。
[0025] 本發明的有益效果：
[0026] 1、本發明通過前驅體法制備含鐵的SiCN陶瓷，引入納米氧化鐵會使介電常數值 明顯增加，介電損耗也相應增加；其電磁衰減系數也增大，反射率提高。
[0027] 2、本發明采用前驅體轉化法，制備工藝簡單，所得材料耐高溫性能優異。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發明實施例1所制得的含鐵SiCN陶瓷樣品的SEM照片。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合實施例對本發明的技術方案做進一步說明，但本發明所保護范圍不限于 此。
[0030] 實施例中所用原料均為常規原料，所用設備均為常規設備，市購產品。
[0031] 實施例1 :
[0032] -種前驅體法制備含鐵SiCN陶瓷方法，包括步驟如下：
[0033] ⑴混料：在N2氣氛下，稱取聚硅氮烷9. 6g、α -甲基丙烯酸2g、過氧化二異丙苯 0. 4g,在恒溫磁力攪拌器上攪拌2h，得到混合溶液；
[0034] 混合溶液中聚硅氮烷：過氧化二異丙苯按質量比96% :4%配料，α -甲基丙烯酸 為聚娃氣燒和過氧化^異丙苯總質量的20% ;
[0035] (2)交聯固化：將步驟（1)所得混合溶液在：TC /min的升溫速率從室溫升溫至 600°C 固化 2h ;
[0036] (3)粉碎球磨：將步驟（2)固化所得的物料在振動球磨機中粉碎球磨，過100目 篩；
[0037] (4)混料：稱取納米氧化鐵0. 15g和步驟（3)所得粉料0. 5g在瑪瑙研缽中混合均 勻，得到混合粉料，粉料中納米氧化鐵與步驟（3)所得粉料為質量比為3 :10的原料；
[0038] (5)造粒成型：將步驟（4)所得粉料裝入模具中，在IOMPa的壓力下單軸壓制成 型，ISOMPa冷等靜壓，保壓300s，獲得生坯；
[0039] (6)熱解/燒結：將步驟（5)所得生坯裝入管式爐中，在N2氣氛保護下在1000°C 的溫度進行熱解/燒結，升溫速率3°C /min，保溫4h，即得。
[0040] 本實施例制得的含鐵SiCN陶瓷樣品的SEM照片如圖1所示，由圖1可知，所制得 的含鐵SiCN陶瓷樣品無晶相出現，呈現典型的無定型態形貌。
[0041] 實施例2:
[0042] -種前驅體法制備含鐵SiCN陶瓷方法，包括步驟如下：
[0043] (1)混料：在N2氣氛下，稱取聚硅氮烷9. 6g、α -甲基丙烯酸lg、過氧化二異丙苯 0. 4g,在恒溫磁力攪拌器上攪拌2h，得到混合溶液；
[0044] 混合溶液中聚硅氮烷：過氧化二異丙苯按質量比96% :4%配料，α -甲基丙烯酸 為聚娃氣燒和過氧化^異丙苯總質量的10% ;
[0045] (2)交聯固化：將步驟（1)所得混合溶液在5°C /min的升溫速率從室溫升溫至 600°C 固化 2h ;
[0046] (3)粉碎球磨：將步驟（2)固化所得的物料在振動球磨機中粉碎球磨，過200目 篩；
[0047] (4)混料：稱取納米氧化鐵0. 3g，步驟（3)所得粉料0. 5g在瑪瑙研缽中混合均勻， 得到混合粉料，粉料中納米氧化鐵與步驟（3)所得粉料為質量比為3 :5的原料；
[0048] (5)造粒成型：將步驟⑷所得粉料裝入模具中，在IOMPa