熱解硅氧烷合成低碳硅氧碳陶瓷和金屬復(fù)合.pdf

1、前驅(qū)體陶瓷是以有機(jī)前驅(qū)體分子為原料，經(jīng)交聯(lián)，形成“不熔”的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)熱解使交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成三維陶瓷結(jié)構(gòu)形成的。聚硅氧烷由于其價(jià)格低廉，性價(jià)比高，對空氣和水都不敏感等突出優(yōu)勢，一直以來倍受人們的青睞。但是，無論溶膠凝膠路線還是硅膠直接熱解，一般都是在氬氣、氮?dú)饣驓錃庵羞M(jìn)行。由于前驅(qū)體聚合物中含有的側(cè)鏈烴基或芳香基等不飽和含碳基團(tuán)，導(dǎo)致熱解體中含有過多的碳，其含量可達(dá)20～70wt.％。過量的碳并非以原子方式結(jié)合在陶瓷網(wǎng)絡(luò)中，而是以游離態(tài)

2、分散在陶瓷結(jié)構(gòu)中，其存在降低了陶瓷的力學(xué)性能和高溫抗氧化性，從而影響陶瓷的高溫應(yīng)用。此前，研究工作者通過減少前驅(qū)體分子中含碳基團(tuán)或引入金屬鹽或活性填料與碳反應(yīng)等途徑降低陶瓷中的碳含量，前者的作用有限，后者形成的是復(fù)合陶瓷，難以體現(xiàn)前驅(qū)體陶瓷的內(nèi)稟特性。此外，前驅(qū)體陶瓷中的碳含量也是決定其導(dǎo)電性主要因素。因此，合理控制陶瓷中的碳組份對提高前驅(qū)體陶瓷的高溫性能和控制材料電性能具有重要意義。 本工作針對控制前驅(qū)體陶瓷中的碳含量，在硅氧

3、烷熱解過程中，向氬氣流中通入水，以水分子與硅氧烷中含碳有機(jī)基團(tuán)或熱解形成的碳作用，以調(diào)控?zé)峤夤柩跆继沾芍械奶己?。具體以含氫聚甲基硅氧烷(PHMS)和環(huán)狀四甲基四乙烯基環(huán)四硅氧烷(D4 Vi)為前驅(qū)體，乙烯基硅氧烷基配位鉑為催化劑，加入聚甲基硅氧烷為裂紋抑制劑(硅184膠)，對其進(jìn)行交聯(lián)固化，進(jìn)而在含水氣氛中熱解，分析了水作用相關(guān)的陶瓷化過程、陶瓷的形成、陶瓷組分的變化、陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能等。 在含水氣氛中熱解含第二相的聚硅氧烷，

4、獲得外觀呈白色或灰白色的無裂紋大塊硅氧碳陶瓷體，SEM研究表明陶瓷表面致密，斷面為200nm的顆粒狀結(jié)構(gòu)和不規(guī)則的孔隙?；瘜W(xué)分析含水氣氛熱解陶瓷組成：SiO2.57C0.64，碳含量為10.1wt.％，而氬氣中熱解陶瓷組成：SiO1.10C1.04，碳含量為21.2 wt.％，降低1倍。核磁分析表明水汽中熱解的陶瓷含有[SiC4]、[SiC2O2]、[SiCO3]和[SiO4]結(jié)構(gòu)，只是與無水熱解陶瓷相比，[SiC4]、[SiC2O2]

5、和[SiCO3]顯著減少，[SiO4]增多，碳譜表明自由碳減少。 熱重分析表明水汽中熱解聚硅氧烷得到的陶瓷產(chǎn)率比氬氣熱解有所提高，從61 wt.％增到71 wt.％，線收縮從26％降低到21％，陶瓷密度從1.56～1.60g/cm3增加到1.76～1.80g/cm3。當(dāng)添加不同第二相PDMS時(shí)，也能夠得到白色無裂紋大塊陶瓷，和同等條件下無水熱解相比，陶瓷產(chǎn)率提高了～8wt.％。 此外，在硅氧烷中加入含金屬有機(jī)鹽，探索去除