[发明专利]一种Si-C-O微纳米多孔陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Si-C-O微纳米多孔陶瓷及其制备方法，属于耐高温陶瓷制备技术领域。。

背景技术

多孔陶瓷具有低密度、高渗透性、良好的隔热性能、抗腐蚀、耐高温等优良性能，在环保、能源、机械电子、石油化工、航空航天等领域有着广泛的应用。与孔径在微米级以上的常规多孔陶瓷相比，具有微纳米孔径的多孔陶瓷，因具有高比表面积、更优良的隔热性能和相同密度下更高的强度、以及其它微纳米孔径所赋予的特殊用途，近年来成为重要的研究开发热点。特别是具有高孔隙率(通常80％以上)、三维纳米孔网络的多孔材料(气凝胶)，如氧化硅气凝胶、碳气凝胶，具有超级隔热、高效催化剂载体、传感器、吸附剂、低介电材料等所要求的许多方面的优异性能。氧化硅气凝胶和炭气凝胶是目前最成熟的两种气凝胶材料，卡伯特、美国Aspen等多家公司已开始规模化的商品生产应用；同时在航天、空间等军民用高技术领域，国内外也已经具有许多成功的应用。纯氧化硅气凝胶可以在650℃以下长期使用，800℃左右只能短期使用，且高温热导率升高较快，如相比室温其500℃的热导率升高3-4倍；炭气凝胶具有高红外消光系数，热导率随温度升高较慢，在惰性气氛及真空环境下具有优异的耐高温和高温隔热性能，但其在氧化气氛下使用温度不超过400℃。显然这两种材料都越来越难以满足未来航空航天及其它民用高技术产业发展对轻质、高性能防隔热材料需要，迫切需要发展耐氧化性、耐温性和高温导热系数等性能都更好的气凝胶材料。为改进纯氧化硅气凝胶的耐温等级和高温隔热性能，人们在氧化铝、氧化钛、氧化锆及其与氧化硅的复合气凝胶的研究方面进行了大量工作，也取得了一定的进展，但是氧化物高温下易烧结、晶体粗化、抗蠕变性能有限，这限制了纯氧化物气凝胶耐温等级的进一步提高。SiC等非氧化物陶瓷具有高熔点、耐高温氧化的特性，且对近红外不透明，具有发展为高性能气凝胶的潜力，然而目前还没有合适的方法来制备这种气凝胶。虽然通过碳源和SiO₂的两种前驱体制备混合气凝胶，再通过高温碳热还原来制备C-SiC复合类气凝胶材料已有文献报道，但目前这种方法还不成熟。

三维多孔陶瓷的制备方法主要可分为聚合物复型法(有机泡沫浸浆法)、直接发泡法、牺牲模板法、溶胶-凝胶法。在多孔陶瓷材料孔径尺寸的控制上，聚合物复型法可制备孔径200μm～3mm(最新技术可低至10μm)、孔隙率在40％～95％的开孔多孔陶瓷；牺牲模板法可制备孔径1μm～700μm、孔隙率在20％～90％的多孔陶瓷；直接发泡法可制备孔径10μm～1.2mm、孔隙率在40％～97％的多孔陶瓷；而孔径在100nm以下的多孔材料如气凝胶材料、有序介孔材料主要采用溶胶-凝胶方法。对于孔径100～1000nm的多孔材料，不仅常规溶胶-凝胶方法难以制备，而且模板法制备也存在这种孔径范围的模板不易大批量制备、成本高、不易均匀分散等严重障碍。

发明内容

本发明的目的是提供一种Si-C-O微纳米多孔陶瓷及其制备方法，本发明提供的Si-C-O微纳米多孔陶瓷比氧化硅具有更高的耐温性能，比炭材料具有更高的耐热氧化性能。

本发明提供的一种Si-C-O微纳米多孔材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)有机硅聚合物、催化剂和溶剂进行混合得到混合物，将所述混合物进行加热固化成型得到凝胶固体；

(2)将所述凝胶固体升温至400℃-850℃进行热解得到有机树脂基、半有机半无机或准无机基的微纳米多孔材料；

(3)将所述有机树脂基、半有机半无机或准无机基的微纳米多孔材料升温至850℃-1500℃进行热解即得所述Si-C-O微纳米多孔材料；

所述有机硅聚合物为式(I)所示聚硅氧烷和有机硅树脂中至少一种；