無氧溶膠-凝膠反應合成結構可控SiCN陶瓷.pdf

1、碳氮化硅陶瓷(SiCN)以其耐高溫、耐熱沖擊、低膨脹系數(shù)、抗氧化、抗化學腐蝕和半導體性等優(yōu)異性能，在高溫領域、傳感器、光電子器件、能源等高技術領域有重要的應用前景。德國學者上世紀90年代開始報導采用聚硅烷交聯(lián)-成型-熱解可制備SiCN致密體陶瓷，其后發(fā)現(xiàn)采用雙(三甲基硅基)碳化二亞酰胺[Me3Si-N=C=N-SiMe3(BTSC)]與氯硅烷反應可形成SiCN凝膠，即無氧溶膠凝膠反應，這意味著可仿效眾所周知的有氧溶膠凝膠過程制備各種結構

2、的SiCN陶瓷，為液相合成這一高性能陶瓷開辟了新途徑。但先前學者均采用單一氯硅烷與BTSC進行凝膠反應，經(jīng)熱解沒能獲得三維SiCN陶瓷。針對此問題，本工作采用高交聯(lián)活性的乙烯基三氯硅烷和BTSC反應，經(jīng)熱解成功地合成出致密SiCN陶瓷體，進而采用二氯和三氯硅烷混合反應，以三氯硅烷反應構建凝膠網(wǎng)絡二氯硅烷為鏈狀鑲嵌結構，經(jīng)熱解實現(xiàn)無模板合成出結構可控的多孔SiCN陶瓷體。主要研究內(nèi)容和結果如下： 1.采用CH2=CHSiCl3和B

3、TSC在甲苯溶劑中進行縮合反應合成具有三維空間結構的SiCN凝膠，該凝膠具有較高的陶瓷產(chǎn)率(在1200℃時陶瓷產(chǎn)率達68wt.％)。對凝膠進行熱解獲得致密非晶SiCN陶瓷，SiCN陶瓷在1200℃開始析晶，在1400℃形成棒狀α-Si3N4。 2.采用CH2=CHSiCl3和(CH3)2SiCl2與BTSC反應，在35℃氬氣氣氛下獲得無相分離的白色SiCN凝膠。在1200℃下熱解凝膠獲得圓孔狀SiCN陶瓷，空隙范圍0.05μm～

4、4μm，進而研究發(fā)現(xiàn)圓孔SiCN陶瓷孔的尺寸和氣孔率均可調。孔徑隨著R(其中R=(CH3)2SiCl2/CH2=CHSiCl3)的減少而減??；氣孔率隨著R減少而增加。 3.采用CH2=CHSiCl3和CH3HSiCl2與BTSC反應，在35℃氬氣氣氛下獲得SiCN凝膠，該凝膠具有高度透明的特征。在1200℃下熱解凝膠直接獲得高度孔隙率的多孔SiCN陶瓷，氣孔率達92％，該孔隙率大大高于采用模板法制備的多孔SiCN陶瓷的氣孔率(<