[发明专利]一种磁性碳化硅陶瓷纳米粒子的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳化硅，尤其是涉及一种磁性碳化硅陶瓷纳米粒子的制备方法。

背景技术

碳化硅(SiC)是一种性能优异的结构陶瓷材料，具有硬度高(介于刚玉和金刚石之间)、高温强度大、抗蠕变性能好、化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好等优点。用碳化硅微粉制得的部件具有更优良的耐高温强度、耐磨性，作为结构材料广泛应用于航空、航天、汽车、机械、石化等工业领域。

近年来，低维碳化硅纳米结构受到广泛的关注，例如：纳米颗粒，纳米管、纳米束。纳米结构的碳化硅对其性能会产生较大的影响，如光学性能、电学性能、机械性能等。纳米结构的碳化硅还可以应用在微电子、光电子、及生物工程领域。它们可以替代硅应用在大功率、高温、高频装置中。在所有的纳米结构的碳化硅中，碳化硅纳米颗粒首先被人们关注。这是由于它可以应用在纳米级光发射器中，这和块状的碳化硅所产生的有相当大的不同。

合成碳化硅纳米颗粒的方法很多，目前主要的方法有微波法、电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法、加热蒸发法、溶胶-凝胶碳热还原法、自组装嵌段共聚物胶束法。与其他方法相比，溶胶-凝胶碳热还原法由于原料成本低廉、反应设备简单是最有希望进行大规模生产的工艺。根据制造条件的不同，可以对碳化硅陶瓷的电磁特性进行调节，从而具有吸波性能，是一种很有前途的隐身吸波材料。目前国内外改变碳化硅陶瓷的电磁方法主要有化学掺杂法、物理掺杂法、表面改性法、高温处理法等其他方法，其中，物理掺杂法是一种简单易行的方法，但化学掺杂法所获得的陶瓷具有更好的分散性和稳定的吸波性能。

CN101876094A(中国专利)将聚碳硅烷和锆酸四丁酯共溶于二甲苯中，通过静电纺丝得到原纤维，然后经过不熔化处理、高温烧成，最终得到超细氧化锆/碳化硅复合纤维。该发明由于是利用低分子添加物锆酸四丁酯在熟化过程中逐渐从聚碳硅烷中析出这一原理，因此所制备的氧化锆/碳化硅纤维是一种氧化锆含量从表面到内部具有径向梯度分布的、且针对吸收远红外特性的复合纤维，而不是电磁参数可调，磁性粒子均匀分布的磁性复合碳化硅纤维。CN102199811A(中国专利)提供了一种磁性碳化硅纤维及其制备方法，以聚碳硅烷和四氧化三铁纳米微粉为原料，溶解于二甲苯中，经超声震荡混合、静电纺丝、空气预氧化、高温烧成制成的产品。它采用的是一种物理掺杂的方法，这种方法虽然工艺简单，操作方便，但是纳米铁粉不能均匀分散易团聚，降低了产品的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性碳化硅陶瓷纳米粒子的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)在惰性气氛保护下，将磁性金属有机化合物和聚碳硅烷在溶剂中反应制得磁性金属溶胶；

2)将步骤1)所得的磁性金属溶胶与沥青混合后反应，再除去溶剂，得到含磁性金属聚碳硅烷先驱体与沥青均匀分散的混合物；

3)将步骤2)所得混合物置于高温炉中，通入空气或氧气进行氧化处理后冷却，得到交联产物；

4)将交联产物放入高温炉内，通入惰性气体，进行碳化处理后冷却，即得碳分散磁性碳化硅纳米粒子；

5)将碳分散磁性碳化硅纳米粒子在空气气氛中加热到碳氧化分解温度除碳，制得磁性碳化硅陶瓷纳米粒子。

在步骤1)中，所述磁性金属有机化合物、聚碳硅烷和溶剂的质量比可为(0.01～0.4)∶(0.002～0.2)∶1；所述磁性有机金属化合物可选自乙酰丙酮铁、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮钴、羰基铁、羰基钴、双(环戊二烯)镍、二茂铁、硫氰化铁、双(环戊二烯)钴、双(环戊二烯)镍等中的一种；所述溶剂可选自苯、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、石油醚、乙醚、正丙醚、四氢呋喃、正己烷、环己烷、十氢萘、四氢萘、二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷等中的一种，优选N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、十氢萘、乙醚或二甲苯等中的一种；所述聚碳硅烷的平均结构式为—[SiHR—CH₂]_n—，其中R为氢原子、烷基，n≥3，分子量为320。

在步骤2)中所述含磁性金属聚碳硅烷先驱体中磁性金属含量按质量百分比可为5％～25％，所述反应的温度可为50～200℃，反应的时间可为1～48h；所述除去溶剂可采用常压蒸馏法；所用聚碳硅烷可采用软化点为0～240℃的聚碳硅烷；所述沥青可选自煤沥青、石油沥青或萘沥青等，磁性金属溶胶与沥青的质量比可为1∶(1～10)。