一種前驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備含鐵硅碳氮陶瓷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及含鐵硅碳氮陶瓷的制備方法，具體涉及一種前驅(qū)體轉(zhuǎn)化法合成含鐵硅 碳氮陶瓷的方法，屬無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息時(shí)代的來(lái)臨及多種多樣的智能科技的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸、電子通訊、無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、衛(wèi)星發(fā)射、系統(tǒng)診斷與檢測(cè)、雷達(dá)等都要利用和發(fā)射電磁波，不同發(fā)射源的電 磁波總是相互干擾使得傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性降低，外來(lái)電磁波的干擾甚至可導(dǎo)致電子器件的 失靈與損壞，因此電磁輻射污染成為當(dāng)前研究亟待解決的問(wèn)題。然而通過(guò)單純的電磁屏蔽 并不能從根本上削弱、消除電磁波，利用電磁波吸收材料把電磁波的能量轉(zhuǎn)化成其他形式 的能量（如機(jī)械能、熱能和電能）利用或耗散掉，有助于最大程度消除電磁波的影響。
[0003] 結(jié)合以上出現(xiàn)的電磁波輻射污染問(wèn)題，厚度薄、輕質(zhì)、吸收頻帶寬和吸收強(qiáng)度高的 電磁波吸收材料逐漸引起人們廣泛的興趣。
[0004] 傳統(tǒng)型吸波材料主要包括鐵氧體、金屬合金、石墨及碳化硅陶瓷等，具有較高的吸 波強(qiáng)度，但其吸收頻帶不寬和密度較大。尤其是鐵氧體和傳統(tǒng)陶瓷類(lèi)吸波材料由于密度大 的原因限制了其在該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，因此結(jié)構(gòu)類(lèi)似而相對(duì)輕質(zhì)的前驅(qū)體陶瓷在吸波材 料中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
[0005] 前驅(qū)體陶瓷（Polymer-Derived Ceramics)是將有機(jī)高分子前驅(qū)體直接熱解而得 到的陶瓷材料。前驅(qū)體熱解法是一種新型的陶瓷制備工藝，具有傳統(tǒng)陶瓷工藝無(wú)法比擬的 眾多優(yōu)點(diǎn)。前驅(qū)體陶瓷的制備可直接將液態(tài)有機(jī)前驅(qū)體在模具中經(jīng)光固化或熱固化成型 后，熱解燒結(jié)得到，有利于制備形狀復(fù)雜的器件、薄膜、纖維或多孔制品，在MEMS、催化、3D 打印等領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景，因此它的出現(xiàn)立即引起材料科研工作者的青睞并得到迅 速發(fā)展。前驅(qū)體陶瓷技術(shù)涉及到采用化學(xué)方法合成先驅(qū)體低聚物或聚合物，然后成型、裂解 得到陶瓷，開(kāi)創(chuàng)了從有機(jī)高分子制備無(wú)機(jī)陶瓷的新領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了陶瓷制備工藝革命性的創(chuàng) 新，集有機(jī)高分子和陶瓷兩大材料的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)陶瓷工藝作出革命性的創(chuàng)新。
[0006] 由于SiCN前驅(qū)體陶瓷具有獨(dú)特的非晶結(jié)構(gòu)、均一的化學(xué)組成以及良好的抗熱震 性和抗高溫氧化性，相關(guān)研究也越來(lái)越受到人們的重視。但是，目前SiCN前軀體陶瓷在微 波吸收方面性能不佳，使其在吸波材料領(lǐng)域的發(fā)展受到很大程度的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種前驅(qū)體法制備含鐵SiCN陶瓷的方法，該方 法工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、制備周期短，所制得樣品電磁波衰減系數(shù)高，微波吸收性能好。
[0008] 本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0009] -種前驅(qū)體法制備含鐵SiCN陶瓷的方法，包括步驟如下：
[0010] ⑴混料：在N2氣氛下，將聚硅氮烷（PSZ)、α -甲基丙烯酸和過(guò)氧化二異丙苯攪 拌均勻，得到混合溶液；
[0011] 所述聚硅氮烷：過(guò)氧化二異丙苯按質(zhì)量比96%~98%:2%~4%配料，所述α-甲 基丙烯酸為聚硅氮烷和過(guò)氧化二異丙苯總質(zhì)量的10%~20% ;
[0012] (2)交聯(lián)固化：將步驟（1)所得混合溶液在3~5°C /min的升溫速率從室溫升溫 至500~700°C，固化2~6h ;
[0013] (3)粉碎球磨：將步驟⑵固化所得的物料粉碎球磨，過(guò)100-200目篩；
[0014] (4)混料：將步驟（3)過(guò)篩所得的粉料加入納米氧化鐵并混合均勻；
[0015] 所述納米氧化鐵按步驟（3)所得粉料質(zhì)量的20~100%摻入配料；
[0016] (5)造粒成型：將步驟⑷所得粉料在IOMPa~30MPa的壓力下壓制成型，冷等靜 壓，獲得生坯；
[0017] (6)熱解/燒結(jié)：將步驟（5)所得生坯在N2氣氛保護(hù)下在KKKTC~1400°C的溫度 進(jìn)行熱解/燒結(jié)，保溫2h~4h，即得。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟（1)中所述的聚硅氮烷為HTT1800。HTT1800可市場(chǎng)購(gòu) 得，也可按現(xiàn)有技術(shù)自己制備得到。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟（2)中升溫速率為3°C /min，固化溫度600°C，固化時(shí)間 4h。較低的升溫速率和較高的固化時(shí)間以保證聚硅氮烷充分交聯(lián)固化，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟（4)中所述納米氧化鐵按步驟（3)所得物料的30~ 100 %摻入配料，進(jìn)一步優(yōu)選30 %，60 %，80 %，100 %。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟（5)中冷等靜壓在ISOMPa下進(jìn)行，保壓300s。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟（6)中從室溫以3~5°C/min升溫速率升溫至1000°C~ 1400°C進(jìn)行熱解/燒結(jié)；進(jìn)一步優(yōu)選的，熱解溫度為1300°C。
[0023] 本發(fā)明的原理：
[0024] 本發(fā)明以聚硅氮烷為前驅(qū)體來(lái)源、過(guò)氧化二異丙苯為交聯(lián)劑，可在雙排氣體分配 器（真空/惰性多歧管系統(tǒng)，俗稱(chēng)Schlenk line)的協(xié)助下將其混合制備SiCN陶瓷材料， 在原料混合溶解階段引入碳源甲基丙烯酸制得含碳量較高的SiCN陶瓷材料，原料摻雜階 段引入鐵源納米氧化鐵，制得磁性能較好的SiCN(Fe)前驅(qū)體陶瓷材料。
[0025] 本發(fā)明的有益效果：
[0026] 1、本發(fā)明通過(guò)前驅(qū)體法制備含鐵的SiCN陶瓷，引入納米氧化鐵會(huì)使介電常數(shù)值 明顯增加，介電損耗也相應(yīng)增加；其電磁衰減系數(shù)也增大，反射率提高。
[0027] 2、本發(fā)明采用前驅(qū)體轉(zhuǎn)化法，制備工藝簡(jiǎn)單，所得材料耐高溫性能優(yōu)異。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的含鐵SiCN陶瓷樣品的SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明所保護(hù)范圍不限于 此。
[0030] 實(shí)施例中所用原料均為常規(guī)原料，所用設(shè)備均為常規(guī)設(shè)備，市購(gòu)產(chǎn)品。
[0031] 實(shí)施例1 :
[0032] -種前驅(qū)體法制備含鐵SiCN陶瓷方法，包括步驟如下：
[0033] ⑴混料：在N2氣氛下，稱(chēng)取聚硅氮烷9. 6g、α -甲基丙烯酸2g、過(guò)氧化二異丙苯 0. 4g,在恒溫磁力攪拌器上攪拌2h，得到混合溶液；
[0034] 混合溶液中聚硅氮烷：過(guò)氧化二異丙苯按質(zhì)量比96% :4%配料，α -甲基丙烯酸 為聚娃氣燒和過(guò)氧化^異丙苯總質(zhì)量的20% ;
[0035] (2)交聯(lián)固化：將步驟（1)所得混合溶液在：TC /min的升溫速率從室溫升溫至 600°C 固化 2h ;
[0036] (3)粉碎球磨：將步驟（2)固化所得的物料在振動(dòng)球磨機(jī)中粉碎球磨，過(guò)100目 篩；
[0037] (4)混料：稱(chēng)取納米氧化鐵0. 15g和步驟（3)所得粉料0. 5g在瑪瑙研缽中混合均 勻，得到混合粉料，粉料中納米氧化鐵與步驟（3)所得粉料為質(zhì)量比為3 :10的原料；
[0038] (5)造粒成型：將步驟（4)所得粉料裝入模具中，在IOMPa的壓力下單軸壓制成 型，ISOMPa冷等靜壓，保壓300s，獲得生坯；
[0039] (6)熱解/燒結(jié)：將步驟（5)所得生坯裝入管式爐中，在N2氣氛保護(hù)下在1000°C 的溫度進(jìn)行熱解/燒結(jié)，升溫速率3°C /min，保溫4h，即得。
[0040] 本實(shí)施例制得的含鐵SiCN陶瓷樣品的SEM照片如圖1所示，由圖1可知，所制得 的含鐵SiCN陶瓷樣品無(wú)晶相出現(xiàn)，呈現(xiàn)典型的無(wú)定型態(tài)形貌。
[0041] 實(shí)施例2:
[0042] -種前驅(qū)體法制備含鐵SiCN陶瓷方法，包括步驟如下：
[0043] (1)混料：在N2氣氛下，稱(chēng)取聚硅氮烷9. 6g、α -甲基丙烯酸lg、過(guò)氧化二異丙苯 0. 4g,在恒溫磁力攪拌器上攪拌2h，得到混合溶液；
[0044] 混合溶液中聚硅氮烷：過(guò)氧化二異丙苯按質(zhì)量比96% :4%配料，α -甲基丙烯酸 為聚娃氣燒和過(guò)氧化^異丙苯總質(zhì)量的10% ;
[0045] (2)交聯(lián)固化：將步驟（1)所得混合溶液在5°C /min的升溫速率從室溫升溫至 600°C 固化 2h ;
[0046] (3)粉碎球磨：將步驟（2)固化所得的物料在振動(dòng)球磨機(jī)中粉碎球磨，過(guò)200目 篩；
[0047] (4)混料：稱(chēng)取納米氧化鐵0. 3g，步驟（3)所得粉料0. 5g在瑪瑙研缽中混合均勻， 得到混合粉料，粉料中納米氧化鐵與步驟（3)所得粉料為質(zhì)量比為3 :5的原料；
[0048] (5)造粒成型：將步驟⑷所得粉料裝入模具中，在IOMPa