[发明专利]一种具有复合孔结构多孔SiOC陶瓷的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有复合孔结构多孔SiOC陶瓷的制备方法，制备的多孔SiOC陶瓷内部含有一定量纳米级和微米级的小孔。该方法采用乳状液模板法和液态造孔剂法相结合的复合造孔法，具体按照如下步骤实现：将前驱体液体、液态造孔剂，催化剂和乳化剂混合配成油相；在搅拌的同时，将水滴加到油相中形成油包水型乳液；待水相充分乳化，将乳液浇注到模具中，并将模具置于合适的温度和湿度下进行固化交联和干燥得到坯体；最后在惰性气氛中进行热处理得到复合孔结构多孔SiOC陶瓷。本发明的优点是结合乳状液模板法和液态造孔剂法一步制备出具有复合孔结构的多孔SiOC陶瓷，并且气孔率大范围可调。

技术领域

本发明属于多孔材料技术领域，具体涉及一种复合孔结构多孔SiOC陶瓷的制备方法。

背景技术

多孔陶瓷具有低密度、低热导率、低热容、低介电常数、高抗热震性、高透过率、高比表面积等一系列优异的物理化学性能，在隔热保温、催化剂载体、熔融金属和高温气体过滤等领域均有广泛的应用前景。

多孔陶瓷的制备主要是从陶瓷粉体出发，加入粘结剂、造孔剂、增塑剂和分散剂等，经成型、干燥、烧结制得。工艺较为繁琐，一般需要特定的排胶过程，且烧结温度较高，能耗较大。气孔率的提高往往是通过增加固态造孔剂（石墨、粉煤灰、聚甲基丙烯酸甲酯等）加入量来实现。然而，随着固态造孔剂加入量的增加，造孔剂分散均匀性变差且成型难度提高。

前驱体转化法是近年来兴起的一种先进陶瓷制备工艺，其基本步骤为：有机前驱体合成→成型→交联固化→热解陶瓷化。和传统的陶瓷制备工艺相比，具有分子尺度的可设计性，低温陶瓷化和可加工性等优点。

以前驱体聚硅烷（polysilane）制备Si-O-C陶瓷体系（尤其是含氢聚硅氧烷和四甲基四乙烯基聚硅氧烷体系）由于成本低廉，固化成型易控制，陶瓷产率高，热解温度适中，应用最为广泛。

目前前驱体转化法已结合多种造孔方式，包括固态液态造孔剂法、模板复制法、刻蚀工艺、冷冻干燥、直接发泡、超临界干燥以及乳状液模板法等。但上述造孔方式较为单一，受各自的局限性，难以制备具有复合孔结构和超高气孔率的多孔陶瓷材料。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种多孔SiOC陶瓷的制备方法，该方法在前驱体油相中直接引入液态造孔剂，同时实现乳液法造孔和液态造孔剂造孔，通过调整前驱体组成、固化及热解过程可以实现在纳米级大范围调控多孔陶瓷的孔径，最终制备出具有复合孔结构、孔隙分布均匀且孔隙率高的多孔SiOC陶瓷。

本发明的制备方法具体包括以下步骤：

1）油相配制：将前驱体液体、液态造孔剂、催化剂和乳化剂混合均匀得到油相;

2）油水混合：步骤1）的油相在搅拌过程中，将水滴加到油相中，滴加完成后继续搅拌至完全乳化，形成油包水型乳液;

3）固化成型：将步骤2）的油包水型乳液浇注到模具中，将模具置于一定的温度和湿度条件下使前驱体进行交联固化，固化后开模取出固化物，固化物经干燥后得到多孔陶瓷坯体;

4）热处理：多孔陶瓷坯体在气体保护下进行热处理，得到具有复合孔径的多孔SiOC陶瓷。

进一步的，步骤1）中的前驱体液体为聚硅氧烷，优选为甲基含氢硅油、乙基含氢硅油、四甲基-四乙烯基-环四硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的一种或多种混合。

进一步的，步骤1）中的液态造孔剂优选为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基乙烯基硅油和甲基羟基硅油中的一种或多种混合。

进一步的，步骤1）中的催化剂为贵金属基化合物，优选为四乙基铵六羟基铂酸盐、二乙烯基四甲基-二硅氧烷铂络合物和二氯化钯甲烷络合物中的一种。

进一步的，步骤1）中乳化剂的HLB值8，优选为羧酸的皂类、二价金属盐、磺酸的皂盐、有机酸酯、胺盐和改性有机硅油中的一种。