[发明专利]耐高温聚碳硅烷先驱体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐高温聚碳硅烷先驱体及其制备方法。以PDMS为原材料，向其中引入Al(OH)₃，高温下Al(OH)₃煅烧得纳米级γ‑Al₂O₃，粒径5～10nm，与PDMS分解产物发生加成取代反应；之后继续向体系中引入含锆有机先驱体，在高温烧结过程中，Zr可以阻止Al₂O₃晶粒的长大，由此制得高温性能良好的碳化硅纤维。具体地，通过在先驱体中引入难熔金属，使得制备得到的碳化硅纤维先驱体异质元素含量高，分子量分布窄，可纺性好，陶瓷转化率高；且由此制备得到的碳化硅纤维强度高，耐高温性能好，综合性能优异。此外，本发明利用CO₂气体高温高压下对混合聚合物的溶解促进作用，使得反应传热更为均匀，反应更为彻底。

技术领域

本发明涉及高温陶瓷制备技术领域，具体涉及一种耐高温聚碳硅烷先驱体及其制备方法。

背景技术

随着新型再入式飞行器的高速发展，飞行器推重比不断增大，燃烧室温度升高，一些关键部位的温度可达2000℃以上；因而该领域对于材料的高温力学性能和耐热性能提出了更高的要求。众所周知，基于强度高、模量大、抗热震性能好等优点，碳化硅纤维成为一种公认的可承受超高温的新型热防护材料；与此同时，其制备工艺也受到了国内外学者的广泛重视。其中，先驱体转化法是目前研究最多、应用最广的碳化硅纤维的制备方法之一，其将有机先驱体通过熔融纺丝、不熔化处理、高温烧结转化为无机陶瓷纤维，具有工艺简单、可设计性强、陶瓷产率高等优点。换句话说，先驱体的性能对碳化硅陶瓷材料有着至关重要的影响。因此，为了进一步提高碳化硅纤维的耐热性能，提供一种新型的有机先驱体材料尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种耐高温聚碳硅烷先驱体及其制备方法。本发明以聚二甲基硅烷(PDMS)为原材料，向其中引入Al(OH)₃，高温下Al(OH)₃煅烧得纳米级γ-Al₂O₃，粒径5～10nm，与PDMS分解产物发生加成取代反应；之后继续向体系中引入含锆有机先驱体，在高温烧结过程中，Zr可以阻止Al₂O₃晶粒的长大，由此制得高温性能良好的碳化硅纤维。此外，利用CO₂气体高温高压下对混合聚合物的溶解促进作用，使得反应传热更为均匀，反应更为彻底。

为此，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种耐高温聚碳硅烷先驱体的制备方法，包括以下步骤：S1：将原料聚二甲基硅烷注入Al(OH)₃中，通CO₂置换反应体系内空气，之后进行升温和保温处理，冷却至室温；S2：将S1得到的产物溶于二甲苯中，调节pH值至3～4，之后加热并搅拌，真空抽滤，取溶液相；S3：向溶液相中加入聚锆氧烷，加热至60～80℃并搅拌均匀，直至体系粘稠度增大时进行真空干燥；S4：向真空干燥后的产物中通CO₂置换反应体系内空气，并保持持续通入CO₂气体，之后进行升温和保温处理，冷却至室温；S5：将S4得到的产物溶于四氢呋喃，之后减压蒸馏收集118～120℃馏分，得到最终产物。

优选地，S1之前还包括步骤S0：将六水氯化铝溶液加热，于搅拌条件下缓慢滴加过量的碳酸钠溶液以生成沉淀；将沉淀陈化后进行清洗，然后真空干燥；之后研磨过筛，得到Al(OH)₃；其中，六水氯化铝溶液的质量浓度20～35g/L，碳酸钠溶液的质量浓度10～20g/L，碳酸钠与六水氯化铝的质量比为(2.5～5)：1。

优选地，S0中：将六水氯化铝溶液加热至80～90℃，采用去离子水或无水乙醇反复清洗5～8次；真空干燥的温度为60～80℃，且将研磨后的沉淀过400目筛。