[发明专利]一种液态可固化金属基聚碳硅烷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种液态可固化金属基聚碳硅烷及其制备方法。所述制备方法包括：在密闭反应容器中，使聚硅碳硅烷和金属基化合物进行第一反应，生成液态金属基聚碳硅烷，所述聚硅碳硅烷是聚二甲基硅烷经高温裂解后的低分子产物，室温呈液态，分子量小于1000g/mol；使液态金属基聚碳硅烷、含C＝C键的有机硅化合物和催化剂进行第二反应，获得液态可固化金属基聚碳硅烷。本发明的液态可固化金属基聚碳硅烷的制备工艺相对简单，储存时间较长，可热固化，可应用于制备碳化硅陶瓷基复合材料、耐高温涂层以及粘合剂等领域，且由于引入金属元素，可使得最终陶瓷耐温性能提高，还可赋予其某些功能属性，如吸波等，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于陶瓷先驱体制备技术领域，具体涉及一种液态可固化金属基聚碳硅烷及其制备方法。

背景技术

聚合物转化陶瓷(Polymer Derived Ceramics，PDCs)是通过化学合成制得可经热解转化为陶瓷材料的有机聚合物，经交联固化转化为热固性聚合物，再经高温裂解获得陶瓷，是目前国际上研究的热点材料之一。相对于传统陶瓷制备工艺，PDCs具有可对先驱体结构进行设计、良好的工艺性与可加工性、较低的制备温度等优点。碳化硅(SiC)陶瓷具有耐高温、抗氧化、高热导、耐腐蚀等优异特性，在航空航天、热交换器、核电、高速刹车盘等领域具有重要应用。

聚碳硅烷(PCS)是碳化硅陶瓷的重要先驱体，通常由聚二甲基硅烷(PDMS)在400-500℃、惰性气体保护下经裂解重排反应得到。PCS常温下为固体，作为陶瓷先驱体使用时，一般需要溶于有机溶剂，通过多次浸渍-裂解工艺，制得陶瓷基复合材料，实际陶瓷产率较低、制备周期较长。M.Kotani等人(Composite Science and Technology,2002,62:2179-2188)采用聚乙烯硅烷(PVS)为先驱体，并添加SiC微粉，制备了高性能SiC_f/SiC复合材料。A.Kohyama等人(Journal of Nuclear Materials,2000,283-287:565-569)按一定比例混合的聚甲基硅烷(PMS)和PCS作为先驱体能够得到近化学计量比的SiC陶瓷基体。美国Starfire公司(US 5153295(P),1992)合成的含活性乙烯基的聚碳硅烷(AHPCS)室温呈液态，加热可自交联固化，经裂解后可得到近化学计量比的陶瓷先驱体。上述液态先驱体具有诸多优点，可也存在制备路线复杂，成本较高等不足。国内厦门大学(功能材料，2010，12(41)：2166-2168)、中科院宁波材料所(Journal of the American Ceramic Society,2018:1-8；CN201811139445.2)等单位研制出液态超支化聚碳硅烷(LHBPCS)，经高温烧成后得到近化学计量比陶瓷，同时也存在制备路线长、成本较高、保存期短等问题。李宗原、王彦桥、袁钦(有机硅材料，2010，24(2)：85-88；Ceramics International，2019：45：7044–7048；CN201810433805.3)等人以LPCS和含乙烯基的硅氧烷为原料制备出含Si-H及C＝C基团的液态聚碳硅烷先驱体(LPVCS)，具有成本较低、陶瓷产率高、保存时间长等优点，被用于制备SiC_f/SiC复合材料。由于最终产物为Si-O-C陶瓷，氧含量较高，也限制更高温使用。