[发明专利]一种SiC-SiAlCN微晶玻璃的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微晶玻璃的制造方法，具体地说，是指一种采用高温热解陶瓷前驱体聚合物合金制备非氧化物微晶玻璃的制造方法。

背景技术

微晶玻璃材料是在单一均匀的玻璃相中析出晶体所形成的微晶体分散在连续、致密的玻璃相中的复相材料，由于微晶玻璃是由晶体和非晶或无定形体构成的，并且具有特殊的晶体均匀分散的多维复合结构，所以该材料具有诸多既不同于多晶的陶瓷，也不同于玻璃的优异特性，成为一类独特的新型材料。由于其优异的性能及其特性的可设计性强的特点，微晶玻璃已在从日常生活、建筑装饰到光学、电子器件、生物材料以及军事国防、航空航天等领域得到广泛的应用。

微晶玻璃的特性是由其构成体微晶和玻璃的基本特性以及两者的相互作用决定的。目前的微晶玻璃都是基于硅酸盐、铝硅酸盐和硼硅酸盐玻璃体系，从中析出的晶体也是石英、莫来石、长石等氧化物晶体，由于这些氧化物玻璃相的高温力学性能随温度升高急剧下降，因此传统微晶玻璃在高温环境下的使用受到了很大的限制。

《Materials Science Forum》2003年416卷第一期公开一篇“Developmentand characterization of Si-Al-O-N-C ceramic composites obtained frompolysiloxane-filler mixtures”的文章，该文章中通过先将活性填料Si粉和Al粉添加到聚甲基苯基硅氧烷中制备含金属的聚合物，之后再加入惰性填料SiC粉体，通过低温交联后在氮气保护下高温裂解，制备了SiC、AlN、SiAlON颗粒分散在非晶SiOC中的SiAlONC复相陶瓷。填料采用粉体形式添加到聚硅氧烷中，难以保证混合均匀，容易出现局域的晶体富集区而降低性能；非晶相SiOC网络由于有低配位O的存在，使该复相陶瓷高温力学性能下降；而且此复相陶瓷的热稳定性不好。

发明内容

本发明的目的是为了使微晶玻璃能在1400℃～1500℃下稳定使用，同时也为了改善现有微晶玻璃的制备方法和改变现有微晶玻璃的氧化物组成所引起的问题。本发明的一种全新的高共价键碳氮化合物体系微晶玻璃，既SiC-SiAlCN微晶玻璃，SiC晶粒弥散分布在SiAlCN非晶相中，SiC晶粒是从固化物中PCS微区析晶获得，PAS区域热解后获得SiAlCN高共价键非晶相。该微晶玻璃具有高温稳定性好，抗高温氧化，可适用于高温有氧环境下长时间使用。

本发明的一种SiC-SiAlCN微晶玻璃的制造方法包括有下列制备步骤：

步骤一：制备无水甲苯

将甲苯C₆H₆和氢化钙CaH₂经A开口装入第一反应容器中，在温度105℃～110℃下进行回流除去甲苯中的痕量水，然后再在110℃～112℃下进行蒸馏制得无水甲苯；

用量：100ml的甲苯中加入1g～10g的氢化钙；

步骤二：制液态聚铝硅氮烷

(A)通过A开口向第二反应容器中充入5min～10min的N₂，N₂流量为30ml/min～40ml/min；

(B)将金属铝有机物和聚硅氮烷经B开口装入第二反应容器中；

(C)通过磁力搅拌设备调节四氟磁力转子的转速为600r/min～800r/min；

(D)在温度20℃～25℃下搅拌反应50min～150min后，再在温度40℃～45℃下搅拌反应5h～15h得到液态聚铝硅氮烷；

用量：以金属铝有机物中铝的摩尔含量为计量参考，1mol的所述铝中加入200g～750g的聚硅氮烷；

所述金属铝有机物可以是三甲基铝烷、三乙基铝烷、二甲基氨基铝烷、氢化铝、乙酰丙酮铝或者异丙醇铝中的一种；

第二反应容器的A开口上安装有N₂管，该N₂管用于向第二反应容器中输入N₂，N₂流量为30ml/min～40ml/min；

步骤三：制PCS-甲苯溶液

将聚碳硅烷溶解于步骤一制得的无水甲苯中形成PCS-甲苯溶液；

用量：1ml的无水甲苯中加入0.1g～1.0g的聚碳硅烷；

步骤四：制PAS-甲苯溶液

将步骤二制得的液态聚铝硅氮烷溶解于步骤一制得的无水甲苯中形成PAS-甲苯溶液；

用量：1ml的无水甲苯中加入0.1ml～1.0ml的液态聚铝硅氮烷；

步骤五：制前驱体聚合物合金