[发明专利]碳纳米管增韧SiBCN(O)金属基陶瓷涂层及其制法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管增韧的SiBCN(O)金属基陶瓷涂层及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：乙烯基氯硅烷和苯基氯硅烷被氨气氨解后反应1～3h；蒸除溶剂后得到液态聚硅氮烷，滴加硼烷二甲基硫醚继续反应，得到聚硼硅氮烷；将碳纳米管溶液滴加入聚硼硅氮烷溶液中，搅拌得到聚合物浆料；浆料涂敷在基底表面，高温下裂解得到SiBCN(O)金属基陶瓷涂层。本发明碳纳米管增韧的SiBCN(O)金属基陶瓷涂层以乙烯基氯硅烷、苯基氯硅烷和硼烷二甲基硫醚合成的聚硼硅氮烷为原料，并添加碳纳米管制得浆料，浸渍涂敷后高温裂解得到耐高温、耐腐蚀的陶瓷涂层。本发明的工艺操作简单，烧结温度低，降低了能耗、节约了成本。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管增韧的SiBCN(O)金属基陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

每年，因金属腐蚀会造成经济损失巨大，陶瓷涂层因其良好的耐磨性、耐腐蚀性、硬度高、耐高温等特点一直被作为保护涂层。但传统的陶瓷涂层制备方法如CVD、PVD、溶胶-凝胶法、热喷涂等都需要大型的机械设备，能耗大，成本也较高。近年来，用裂解陶瓷前驱体聚合物得到制备涂层的方法被广泛关注。

SiBCN陶瓷具有良好的高温稳定性、抗氧化性以及适合的机械强度，并与多种无机纤维增强体、陶瓷基体具有良好的化学相容性。研究表明，这种四元体系陶瓷可以形成湍流状的BN以阻碍原子的扩散，从而减缓相关的降解反应，其抗氧化性能优于Si₃N₄、SiC。

用裂解前驱体的的方法在金属基底制备的陶瓷涂层，在与金属基底表面结合方面有很强的优势，且金属表面不需要预氧化，涂层的固化过程可以在较低的温度下，得到的涂层可塑性好，可设计微观结构和性质，并可以抵挡极端的腐蚀及高温环境。然而，热解过程会发生体积收缩，涂层会产生裂纹及局部分层，并且在一些应用领域中涂层太薄，韧性较差。

发明内容

为了避免现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种碳纳米管增韧的SiBCN(O)金属基陶瓷涂层的制备方法，该方法用浸渍裂解前驱体法解决了现有技术中存在的工艺复杂、制作成本高、韧性差的问题，提高了陶瓷涂层的致密性，节约了成本，降低了能耗。此外，通过添加碳纳米管增强了其韧性，并赋予涂层一些特殊的性质。

本发明的另一目的在于提供由上述方法制得的陶瓷涂层。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种SiBCN(O)金属基陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备聚硼硅氮烷

以无水四氢呋喃为溶剂，加入乙烯基氯硅烷和苯基氯硅烷，在0～10℃下通入高纯氨气(99.9999％)氨解2～8h后，继续在惰性气体下反应1～3h；减压蒸馏除去溶剂，得到粘性的液态聚硅氮烷；然后在0～10℃下缓慢滴加硼烷二甲基硫醚的甲苯溶液，滴加完后升温至室温，反应12～48h，减压蒸馏得到聚硼硅氮烷；以上操作均在惰性气体的保护下进行；

所述的乙烯基氯硅烷与苯基氯硅烷的摩尔比为9:1；

步骤(1)中，添加硼烷二甲基硫醚后，反应体系中Si与B的摩尔为3:1；

所述的乙烯基氯硅烷是甲基乙烯基二氯硅烷、二甲基乙烯基氯硅烷或乙烯基三氯硅烷中的一种以上；

所述的苯基氯硅烷优选甲基苯基二氯硅烷；

(2)制备聚合物浆料

分别以无水乙醇为溶剂，加入聚硼硅氮烷和碳纳米管，碳纳米管的用量为聚硼硅氮烷质量的0.1～1％，超声分散20～60min；然后在惰性气体保护下，将碳纳米管溶液边搅拌边缓慢滴加入聚硼硅氮烷溶液中，搅拌速度为100～400rpm，继续搅拌12～36h，得到聚合物浆料；

所述的惰性气体优选N₂或Ar；