以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的方法技術

本發明專利技術公開了一種以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的方法。該方法以可熱固化特性聚碳硅烷和聚氨酯兩種物料充分研磨混勻后，加入模具中，施加一定壓力，排出粉體內部的氣體得到預制體，再對該泡沫預制體進行熱處理，實現聚碳硅烷的自身交聯固化，最后在氬氣氣氛中進行高溫熱解，得到泡沫陶瓷。該制備方法簡單，工藝流程少，成本低，避免了溶劑的使用，有利于環境保護，制備出的泡沫陶瓷線收縮率小10％，體積密度小0.6g/cm

Preparation of silicon carbide foam ceramics by heat curable polysilane and polyurethane

The invention discloses a method for preparing silicon carbide foam ceramics with heat curable polysilane and polyurethane. In this method, two kinds of materials, such as polysiloxane and polyurethane, can be fully ground and mixed with heat curing properties. After adding the mould, a certain pressure is applied to discharge the gas inside the powder to obtain the preform. Then the foam preform is heat-treated to achieve the self crosslinking of polysilane. Finally, the foam ceramics are obtained by pyrolysis at high temperature in an argon atmosphere. The preparation method is simple, the process flow is low, the cost is low, the use of solvents is avoided, environmental protection is made, and the shrinkage rate of the foam ceramic line is 10%, and the volume density is small 0.6g/cm

【技術實現步驟摘要】
以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的方法
本專利技術屬于陶瓷泡沫
，具體涉及一種以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的制備方法。
技術介紹
傳統的碳化硅泡沫陶瓷制備工藝復雜，其主要以碳化硅粉體與分散劑、燒結助劑等共混制成漿料，再與有機泡沫模版浸漬得到預制體，預制體經干燥、排除有機物等工序燒成得到碳化硅泡沫陶瓷。(梁漢琴,姚秀敏,黃政仁,劉學建.碳化硅陶瓷液相燒結時的液相生成過程[J].機械工程材料,2015,39(02):34-37.；)梁漢琴研究了SiC泡沫陶瓷燒結機理：SiC泡沫陶瓷主要是玻璃相對SiC顆粒的包覆、連接作用及新相莫來石生成。而燒結助劑的引入也不利于制備SiC物質量比相近的碳化硅泡沫陶瓷。過高的燒結溫度會生成大的方石英相，從而在以后的冷卻過程中出現微裂紋，影響材料的強度。近幾十年來，聚合物先驅體，如聚碳硅烷、聚硅氮烷等，作為制備陶瓷材料的前驅體近年來引起人們極大的興趣，在專利CN105272266A中，李思維僅用聚碳硅烷作為泡沫陶瓷的先驅體，與溶劑二甲苯配制漿料，以處理過的聚氨酯泡沫為模板，制得掛漿產物，先經過鼓風烘箱中預氧化處理，再經高溫爐中燒結得碳化硅泡沫。其制備的泡沫陶瓷中含有8wt％以上的氧，氧以SiOxCy相存在。其在600℃以上，SiOxCy發生劇烈的分解反應，如下式所示。SiOxCy→SiC(s)+CO(g)+SiO(g)以上分解反應導致泡沫陶瓷骨架的強度損傷，限制碳化硅泡沫陶瓷的使用溫度在600℃以下。現有技術總結：以碳化硅顆粒與粘結劑和溶劑配成漿料，以泡沫結構的有機物為模板，浸漬后，在1300℃左右進行燒結，但是缺點明顯：漿料的均勻性很難保證，制備過程有溶劑的使用，不利于環境保護；以有機硅烷化合物聚碳硅烷為先驅體，先驅體法制備泡沫陶瓷，這一部分研究不多見，技術尚待開發。
技術實現思路
針對上述技術現狀，本專利技術旨在提供一種以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的制備方法。為了實現上述技術目的，本專利技術在一定溫度下，充分研磨可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯兩種物料，得到混合均勻的粉體。再把粉體加入模具中，對模具施加一定壓力，排出粉體內部的氣體得到預制體，在氬氣氣氛中，對該預制體進行熱處理，在此過程中，聚氨酯不發生任何化學反應和融化、氣化等，完成聚碳硅烷的自身交聯固化，得到泡沫預制體。最后在氬氣氣氛中對泡沫預制體進行高溫熱解，在此過程中，不發生發泡和嚴重的體積收縮現象。聚氨酯完全分解，質量無殘留，留下了體積，造成了孔隙。可熱固化聚碳硅烷轉變為碳化硅陶瓷，最終得到碳化硅泡沫陶瓷。此泡沫陶瓷結構致密，可以在1400℃長時間應用。即，本專利技術的技術方案為：一種可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的制備方法，包括如下步驟：(1)一定溫度下，充分研磨可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯，得到粉體；(2)粉體加入模具，施加壓力，排出粉體內部的氣體，得到泡沫預制體，在氬氣氣氛中對泡沫預制體進行熱處理，實現熱固化聚碳硅烷的自身交聯固化和溶劑的脫除；(3)在氬氣氣氛中，對泡沫預制體進行熱處理，實現熱固化聚碳硅烷的自身交聯固化；(4)在氬氣氣氛中，對交聯固化的泡沫預制體進行高溫熱解，得到碳化硅泡沫陶瓷；進一步，所述步驟(1)作為一種實現方式，具體過程如下：所述步驟(1)中，具體過程如下：以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯在球磨罐中高速低溫研磨混勻，得到均勻混合的粉體。作為優選，所述的研磨溫度不高于60℃；作為優選，所述的熱固化聚碳硅烷僅含有硅、碳、氫三種元素；作為優選，可熱固化聚碳硅烷是：聚碳硅烷(由聚二甲基硅烷高溫裂解重排合成，軟化點220～230℃)與烯基硅烷通過硅氫加成反應得到。熱固化聚碳硅烷中乙烯基的量占聚碳硅烷的硅氫鍵含量的20～50％。進一步，所述步驟(2)作為一種實現方式，具體過程如下：將混合好的粉體加入模具中，施加壓力，排出粉體內部的氣體后，得到預制體；作為優選，所述的模具內部形狀不限，可以是管狀，棒狀，片狀或者其他幾何形貌；作為優選，所述的壓力為0.2～6MPa；進一步，所述步驟(3)中作為一種實現方式，具體過程如下：將預制體在氬氣氣氛中，以1℃/min～5℃/min的升溫速率升溫到200℃～300℃，保溫1.5h～15h。進一步，所述步驟(4)中，作為一種實現方式，具體過程如下：將步驟(3)處理后的預制體在氬氣氣氛下，以1℃/min～30℃/min的升溫速率，加熱至1100℃～1200℃，保溫0.5h～5h小時，然后冷卻至室溫，得到泡沫陶瓷。作為優選，制備出的泡沫陶瓷線收縮率小于10％，體積密度小0.6g/cm3，開氣孔率介于20％～90％之間，抗折強度達1.0～2.6Mpa。本專利技術以熱固化聚碳硅烷(PVCS)和聚氨酯為原料，如圖1所示，為了實現上述技術目的，本專利技術在一定溫度下，充分研磨可熱固化聚碳硅烷聚氨酯兩種物料，得到混合均勻的粉體。再將粉體加入模具中，對模具施加一定壓力，排出粉體內部的氣體得到預制體，在氬氣氣氛中，對該預制體進行熱處理，在此過程中，聚氨酯粉體和聚氨酯不發生任何化學反應和融化、氣化等，完成聚碳硅烷的自身交聯固化，得到泡沫預制體。最后在氬氣氣氛中對泡沫預制體進行高溫熱解，在此過程中，不發生發泡和嚴重的體積收縮現象，聚氨酯完全分解，質量無殘留，留下了體積，造成了孔隙，可熱固化聚碳硅烷轉變為碳化硅陶瓷和少量碳，最終得到結構致密的碳化硅泡沫陶瓷。本專利技術和現有技術相比的優點：1、本專利技術使用原料易得制備過程簡單：聚碳硅烷商業產品，熱固化聚碳硅烷制備過程簡單，易得，聚氨酯，商業產品，易得。2、本專利技術制備過程中，不使用溶劑，有利于環境保護；3、本專利技術制備過程簡單，可制備多種形貌的泡沫陶瓷結構件；4、本專利技術碳化硅泡沫陶瓷孔隙度可控制；5、本專利技術制備得到的泡沫陶瓷強度高，耐溫性能優良。附圖說明圖1是本專利技術可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的制備流程示意圖；圖2是聚氨酯與泡沫陶瓷孔隙率。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術作進一步詳細描述，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本專利技術的理解，而對其不起任何限定作用。實施例1：以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的制備過程如下：(一)原料之一可熱固化聚碳硅烷的制備可熱固化聚碳硅烷的制備，參考(顧喜雙,宋永才.可熱固化聚碳硅烷的合成及性能[J].有機硅材料,2015,29(6):462-468.)：將聚碳硅烷(市售，分子量2800，軟化點220℃，分子量1700)溶于二甲苯中與二甲基二乙烯基硅烷(市售)按質量比l：l，置于高壓釜中，加入鉑催化劑，抽真空置換高純氮氣，加壓力至12.5MPa；再在高純氮氣保護下加熱升溫至110℃反應30h；冷卻，減壓蒸餾，得固態產物PVCS。經表征，熱固化聚碳硅烷中乙烯基的量占聚碳硅烷的硅氫鍵含量的22％，可熱固化聚碳硅烷的分子量為1880，PVCS在氮氣氣氛中處理到400℃，可實現完全交聯固化，凝膠含量達到100％，交聯固化后的聚碳硅烷在1100～1200℃熱解過中，向碳化硅陶瓷轉時不發生發泡、流動等現象，只發生體積收縮現象，最終得到致密的碳化硅陶瓷，陶瓷產率達78％。(二)混合原料質量比，PVCS：聚氨酯為1:0.3，30℃下，氬氣氣氛中，充分混合研以上兩種物料，得到混合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的方法，其特征是：包括如下步驟：(1)將可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯研磨混勻，得到均勻混合的粉體；(2)將混合好的粉體加入模具中，施加壓力，排出粉體內部的氣體，得到預制體；(3)在氬氣氣氛中對預制體進行熱處理，實現可熱固化聚碳硅烷的自身交聯固；(4)在氬氣氣氛中對交聯固化后的預制體進行高溫熱解，得到泡沫陶瓷。

【技術特征摘要】
1.一種以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的方法，其特征是：包括如下步驟：(1)將可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯研磨混勻，得到均勻混合的粉體；(2)將混合好的粉體加入模具中，施加壓力，排出粉體內部的氣體，得到預制體；(3)在氬氣氣氛中對預制體進行熱處理，實現可熱固化聚碳硅烷的自身交聯固；(4)在氬氣氣氛中對交聯固化后的預制體進行高溫熱解，得到泡沫陶瓷。2.如權利要求1所述的以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的方法，其特征是：所述的可熱固化聚碳硅烷是：聚碳硅烷和乙烯基硅烷通過硅氫加成反應得到；熱固化聚碳硅烷中乙烯基的量占聚碳硅烷的硅氫鍵含量的20～50％；作為優選，聚碳硅烷分子量1700～1900左右，軟化點220～240℃，由聚二甲基硅烷高溫裂解重排合成；作為優選，所述的熱固化聚碳硅烷僅含有硅、碳、氫三種元素。3.如權利要求1所述的以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的方法，其特征是：所述步驟(1)中，具體過程如下：以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯在球磨罐中高速低溫研磨混勻，得到均勻混合的粉體；可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯的質量比1:0.3～0.6；作為優選，所述的研磨溫度不高于60℃。4.如權利要求1-3所述的以可熱固化聚碳硅烷和聚氨酯制備碳化硅泡沫陶瓷的方法，其特征是：所述步驟(2)中，具體過程如下：將混合好的粉...

【專利技術屬性】
技術研發人員：顧喜雙，高錦榮，
申請(專利權)人：寧波設會物聯網科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33