[发明专利]一种碳化硅/碳化锆复相陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机非金属材料复相陶瓷，尤其是涉及一种碳化硅/碳化锆复相陶瓷的制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷具有宽带隙、高热导率、高熔点、高电子迁移率、高临界击穿电压、良好的化学稳定性及低密度等特点，成为研制高频大功率、抗辐射、耐高温等极端电子学器件和电路的理想材料，在通信、汽车、航空、航天及国防等许多领域均有着广泛的应用前景。先驱体转化法是制备碳化硅陶瓷的主要方法，是由日本东北大学Yajima教授于1975年首创。碳化硅常见的先驱体为聚碳硅烷，也叫做Yajima聚碳硅烷。据文献报道，由聚碳硅烷先驱体制备的碳化硅陶瓷存在Si-C-O相，当工作温度高于1200℃时，Si-C-O相分解，同时碳化硅晶粒长大会产生大量孔洞(Cao F，Li X D，Peng P，et al.Structural evolution and associatedproperties on conversion from Si-C-O-Al ceramic fibers to Si-C-Al fibers by sintering[J].J MaterChem，2002，12：606-610；Hasegawa Y，Factors affecting the thermal stability of continuous SiCfibres[J]，Compo Sci Technol，1990，37(1-3)：37-54)，造成力学性能急剧下降，从而影响其耐高温性能。目前，提高碳化硅陶瓷耐高温性能的主要方法是在制备碳化硅陶瓷的先驱体中引入异质元素，高温下先驱体裂解而成的两相或者多相混合物陶瓷晶粒增长比单相陶瓷要慢，异质元素进入碳化硅晶粒，但因配位数不同，其形成的碳化物等晶体会抑制碳化硅在高温条件下晶体的生长，达到提高碳化硅耐高温性能的目的。日本宇部兴产公司在先驱体中添加锆元素，所制得的碳化硅/碳化锆陶瓷纤维耐热温度高达1500℃左右。因此，碳化硅/碳化锆复相陶瓷相对于碳化硅陶瓷而言，其耐高温性能显著提高。

目前，制备碳化硅/碳化锆复相陶瓷的主要方法是先驱体转化法，通过含锆杂化先驱体直接裂解制备碳化硅/碳化锆复相陶瓷。日本学者将固态Yajima聚碳硅烷和乙酰丙酮锆在300℃惰性气氛保护下反应制备了纺丝用先驱体聚锆碳硅烷(Ishikawa T，Kohtoku Y，Kumagawa K，Production mechanism of polyzircono-carbosilane using zirconium(IV)acetylacetonate and itsconversion of the polymer into inorganic materials[J]，J Mater Sci，1998，33：161-166；KumagawaK，Yamaoka H，Shibuya M，et al.Thermal stability and chemical corrosion resistance of newlydeveloped continuous Si-Zr-C-O Tyranno fiber[J]，Ceram Eng Sci Proc，1997，18(3)：113-118)。当聚锆碳硅烷高于1400℃时，裂解出现β-碳化硅晶粒，在1600℃时，β-碳化硅晶粒开始长大，1700℃时，开始出现碳化锆晶粒(Yamaoka H，Ishikawa T，Kumagawa K，Excellent heat resistanceof Si-Zr-C-O fibre[J]，J Mater Sci，1999，34：1333-1339)。但是上述文献中提出乙酰丙酮锆在与聚碳硅烷反应的过程中只有一半的配体脱除，另一半的配体乙酰丙酮基跟随锆的引入从而进入到聚锆碳硅烷先驱体中。在高温下聚锆碳硅烷裂解，形成的游离碳还原二氧化锆生成碳化锆的同时，一氧化碳、一氧化硅等气体的逸出，在纤维内部产生缺陷，表面形成孔洞，使纤维结构变得松散，影响陶瓷的力学性能。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有的先驱体转化法制备碳化硅/碳化锆复相陶瓷中引入氧导致最终复相陶瓷力学性能和耐高温性能下降等问题，提供一种碳化硅/碳化锆复相陶瓷的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)在惰性气氛保护下，用溶剂溶解二氯二茂锆，再加入液态超支化聚碳硅烷，得混合物A；

2)在惰性气氛保护下，将步骤1)所得的混合物A减压蒸馏脱除溶剂，得混合物B；

3)将步骤2)所得的混合物B在惰性气氛下进行裂解反应，制得碳化硅/碳化锆复相陶瓷。