一種有機矽、陶瓷梯度材料及其製備方法
2023-12-06 06:01:06 1
專利名稱：一種有機矽、陶瓷梯度材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種梯度高分子材料，特別涉及一種有機矽、陶瓷梯度材料及其製備方法。
梯度材料是指沿某一方向材料的結構或某種性能呈現梯度變化的材料。CA檢索表明表明這一方面的研究近十年非常活躍。葛柄恆概括了梯度折射率高分子材料的研究。採用化學共聚法、擴散共聚法、光共聚法等，可較為容易地製得各種梯度折射率高分子材料，其折射率分布形勢多種多樣，在光學領域和應用上具有重要意義(高分子材料科學與工程，1991，41-6)。但這類有機高分子梯度材料無法兼顧無機材料的優點。張宇民概括了梯度功能材料的研究(宇航材料工藝，1998，55-10)。航空航天飛行器的研製促進了這類材料的發展，高溫條件下工作一側採用耐熱陶瓷，另一側接觸冷卻介質，採用導熱性好機械強度高的金屬材料，由成分連續變化的金屬、陶瓷、微孔、纖維等組成中間過渡層，大大緩和了由於金屬與陶瓷之間熱膨脹失配所導致的熱應力。但這類材料由於製造工藝複雜、一端的金屬材料無法絕緣，限制了推廣應用。至今未發現有機矽-陶瓷梯度材料的專利報導。這一類材料兼具有機物及無機物的特點，絕緣性能高，製造工藝簡單易行。
本發明的目的之一在於克服了已有技術中製造工藝複雜、金屬材料無法絕緣等缺陷，研製出一端為堅硬的陶瓷、向另一端過渡為柔韌的有機聚合物的梯度材料。
本發明的另一目的是提供了有機矽、陶瓷梯度材料的製備方法。
本發明提供了一種有機矽、陶瓷梯度材料，由堅硬的陶瓷過渡為柔韌的有機聚合物。其結構通式如下 上式中，I為梯度材料的有機矽高分子一端，II為失去一半有機基團R的梯度材料的中間部位，III為失去大部分有機基團R的梯度材料的靠近陶瓷一端的部位，IV為失去全部有機基團R的梯度材料的陶瓷一端。上述R為CH3或C6H5。X為元素C或O。a、b、c、d為鏈節數，其中0≤a≤1021，0≤b≤1021，0＜c≤1021，0＜d≤1021。
本發明為無孔或孔徑為0.01至50微米的多孔結構有機矽、陶瓷梯度材料。
在本發明中，從陶瓷端向有機端CH3或C6H5含量呈梯度降低，直至為零。
本發明一種有機矽、陶瓷梯度材料的製備方法按如下步驟進行(3)將結構式如下的有機矽樹脂為原料，澆鑄成型，固化，得有機矽樹脂固化樣條， 式中n＝4-10，R為是CH3或C6H5；有機矽樹脂可以是聚甲基三甲氧基矽烷或聚苯基三甲氧基矽烷。
(2)將上述樣條置於低溫端0-600℃，高溫端700-1200℃，溫度梯度為10-200℃/cm的梯度燒結爐中，加熱4-20小時，可燒制一端為堅硬的陶瓷、另一端為柔韌的有機物的梯度材料，從陶瓷端向有機端「R」基團(甲基或苯基)含量逐漸降低，直至為零。
當低溫端400-600℃，高溫端700-1200℃時，可燒制一端多孔(孔徑0.01至50微米)，另一端無孔的梯度材料。
在上述方法步驟1中，將所述的有機矽樹脂澆鑄成片狀或棒狀，固化時間為10-20天。
本發明製備了有機矽-陶瓷梯度材料。採用有機矽樹脂(可以為甲基三甲氧基矽烷或苯基三甲氧基矽烷)為原料，澆鑄成型為片狀或棒狀。上述固化樣條經過高溫梯度燒結爐處理後，一端為堅硬的無機物Si-C-O，另一端為柔韌的有機物，從無機端向有機端基團「R」含量逐漸降低，直至為零。紅外測試表明，100℃燒結試樣位於1255-1273cm-1處的Si-CH3特徵吸收峰強且尖銳，200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃各燒結試樣位於1255-1273cm-1處的Si-CH3特徵吸收峰強度逐漸減小，至900℃完全消失。900℃燒結試樣的光電子能譜測試表明，樣品中含有大量的Si-C-O。元素分析表明，900℃燒結試樣不含氫元素。有大量的資料表明該溫度下生成黑色陶瓷。以上證明，有機矽樹脂樣條經過高溫梯度燒結爐處理，一端生成堅硬的陶瓷，另一端為柔韌的有機矽聚合物，從陶瓷端向有機端CH3或C6H5含量逐漸降低，直至為零。
本發明的材料一端是耐熱陶瓷，另一端是柔韌的有機矽聚合物，通過有機基團含量連續變化形成過渡層。本發明兼具有機物及無機物陶瓷的特點，絕緣性能高，製造工藝簡單易行。有機矽、陶瓷梯度材料可應用於航空航天飛行器的絕緣絕熱部位及某些光學領域。多孔—無孔有機矽梯度材料可應用於化工行業的特殊過濾材料。
權利要求
1.一種有機矽、陶瓷梯度材料，其特徵在於所述的有機矽、陶瓷梯度材料具有如下的結構通式 其中，I為梯度材料的有機矽高分子一端，II為失去50％有機基團R的梯度材料的中間部位，III為失去75％有機基團R的梯度材料的靠近陶瓷一端的部位，IV為失去全部有機基團R的梯度材料的陶瓷一端，其中R為CH3或C6H5，X為元素C或O，a、b、c、d為鏈節數，其中0≤a≤1021，0≤b≤1021，0＜c≤1021，0＜d≤1021。
2.按照權利要求1的材料，其中所述的有機矽、陶瓷梯度材料為無孔或孔徑為0.01至50微米多孔結構的材料。
3.按照權利要求1的材料的製備方法，其特徵在於按下列步驟進行(1)將結構式如下的有機矽樹脂澆鑄成型，固化，得有機矽樹脂固化樣條， 其中n＝4-10，R為CH3或C6H5；有機矽樹脂為聚甲基三甲氧基矽烷或聚苯基三甲氧基矽烷，(2)將上述樣條置於低溫端0-600℃，高溫端700-1200℃，溫度梯度為10-200℃/cm的梯度燒結爐中，加熱4-20小時，可燒制一端為堅硬的陶瓷、另一端為柔韌的有機物的梯度材料，其間從陶瓷端向有機端CH3或C6H5含量呈梯度降低，直至為零。
4.按照權利要求3的方法，其中將所述的有機矽樹脂澆鑄成片狀或棒狀。
5.按照權利要求3的方法，其中固化時間為10-20天。
6.按照權利要求3的方法，其中低溫端燒制溫度400-600℃，高溫端700-1200℃，溫度梯度為10-200℃/cm，加熱4-20小時，可燒制一端孔徑0.01-50微米、另一端無孔、其間由多孔過渡為微孔乃至無孔的梯度材料。
全文摘要
本發明公開了右式的有機矽,陶瓷梯度材料及其製備方法。其中R為CH
文檔編號C08L83/04GK1340568SQ0012371
公開日2002年3月20日 申請日期2000年8月31日 優先權日2000年8月31日
發明者徐堅, 馬軍, 羅善國, 陳強, 張小莉 申請人:中國科學院化學研究所