[发明专利]一种硼改性聚碳硅烷树脂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硼改性聚碳硅烷的制备方法，属于新型陶瓷材料制备技术领域。本发明反应原料均为常见化学原料；原料单位价格低，制备过程工艺简单；本发明制备的新型SiBC陶瓷前驱体常温下为低粘度液体，粘度为10‑500mPa.S，具有非常好的工艺性能；本发明制备的新型SiBC陶瓷前驱体中含Si‑H、B‑H及C＝C等活性基团及不饱和键，可以自交联固化，固化放热小，固化失重低，高温下陶瓷产率高，可达60‑70％；本发明制备的新型SiBC陶瓷前驱体的各元素含量比例可以通过投料比进行调节；本发明制备的新型SiBC陶瓷前驱体可用于超高温陶瓷基复合材料浸渍基体，亦可用于陶瓷涂层、纤维等高性能材料的制备，具有广泛的用途。

技术领域

本发明涉及一种硼改性聚碳硅烷的制备方法，属于新型陶瓷材料制备技术领域。

背景技术

碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料是一类耐高温、低密度、高强韧性的热结构材料。具有高模量、高模量、耐高温、抗腐蚀、抗氧化、低密度等优异性能,在高技术领域如先进航空航天器结构部件、高温发动机、涡轮机、原子能反应堆壁、高温传感器等具有广泛的用途。近年来，在碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料及部件研制方面连续取得重大技术突破，实现了从小尺寸块体到大尺寸薄壁的跨越式发展。但仍存在成本偏高、力学性能、抗氧化性能等尚待优化的问题。基于此，低成本化及高性能化是下一代复合材料发展的重要方向。在碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料中引入异质元素硼，可提高碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的高温力学及抗氧化性能，但现有技术采用引入硼粉或含硼溶胶等方法，存在硼元素在基体中分布不均匀，引入效率低等不足。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种硼改性聚碳硅烷树脂及其制备方法。

一种硼改性聚碳硅烷树脂，该硼改性聚碳硅烷树脂的结构式为：

其中：

R：炔基、炔丙基或烯丙基等不饱和基团；

n为正整数，且n≥1。

一种硼改性聚碳硅烷树脂的制备方法，该方法的步骤包括：

在硼树脂中加入有机溶剂，然后在20℃～140℃温度下搅拌至完全溶解，得到透明溶液；在得到的透明溶液中加入低分子量液态聚碳硅烷，加热搅拌反应，反应温度为50～120℃，反应时间为1～100h；反应完成后降温至室温，然后旋转蒸发有机溶剂后得到黄褐色透明液态树脂，即新型硼改性聚碳硅烷树脂，该树脂固化并高温裂解，得到Si/B/C无定型陶瓷。

所述的硼改性聚碳硅烷树脂的制备反应式如下：

所述的固化处理方式采用管式炉，固化制度为：100℃保温2h、150℃保温2h、180℃保温4h，升温速率为1～5℃/min，固化气氛为惰性(例如：N₂、Ar)气氛；

所述的高温裂解过程为：惰性气氛下以5～10℃/min的升温速率，升温至1300℃～1500℃，保温0.5～10h；

所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、正己烷或四氢呋喃；

所述的硼树脂与有机溶剂质量比为：1:2～10；

所述的硼树脂与低分子量液态聚碳硅烷质量比为：1:0.5～10；

所述的低分子量液态聚碳硅烷的制备方法：

(1)将镁屑加入净化干燥的四氢呋喃溶剂中，得到混合体系；

(2)将四氢呋喃、不饱和氯烷烃和氯硅烷单体进行混合，得到混合溶液；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液滴加至步骤(1)得到的混合体系中，搅拌5-30小时，反应温度为-30～60℃，得到反应初产物；