[发明专利]一种对高温结构陶瓷材料进行表面改性的方法

说明书

本发明提供一种作为高温结构陶瓷复合材料中的无机纳米粒子的碳化硅、碳化硼和氮化硅的表面改性方法，包含如下步骤：(1)将碳化硅、碳化硼和氮化硅与强碱化合物进行反应，并除去未反应的强碱化合物；(2)将预羟基化的碳化硅、碳化硼和氮化硅加入浓酸溶液，与取代的苯基硫酸化重氮盐反应，得到表面改性的碳化硅、碳化硼和氮化硅组合物，所述取代的苯基硫酸化重氮盐由以下结构表示：其中R为基团，其选自NH₂‑、HO‑、HSO₃‑、卤素、烷基；R₁为氢、烷基或烷氧基，X^‑为上述酸根离子。

技术领域

本发明涉及一种改性方法，具体涉及一种对高温结构陶瓷材料中的高温非氧化物(碳化硼、碳化硅、氮化硅)进行表面改性的方法。

背景技术

高温结构陶瓷，是用于某种装置、或设备、或结构物中，能在高温条件下承受静态或动态的机械负荷的陶瓷。高温结构陶瓷包括高温氧化物和高温非氧化物(或称难熔化合物)两大类。其中，高温非氧化物包括碳化硼、碳化硅、氮化硅、氮化硼。它们都属于无机非金属纳米粒子。在晶体结构上，无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子，具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类陶瓷材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,从而可以在高温下替代金属材料(金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合在高温时使用)，弥补了金属材料的弱点，而有广泛的实际应用。

目前，把无机非金属纳米粒子应用于聚合物中制成性能优异的无机有机纳米复合材料成为人们的研究热点。然而，由于纳米粒子比表面积大，表面能高，纳米粒子很容易团聚；另一方面，纳米粒子与表面能比较低的基体的亲和性差，二者在相互混合时不能相溶，导致界面出现空隙，存在相分离现象。只有将纳米粒子在聚合物材料中的团聚问题解决得好，纳米粒子的特殊效应才会在材料中得到很好的体现，最终使材料的力学、光学、热学等方面的性能都有较大的提高。为了使无机非金属纳米粒子能够均匀地分散在聚合物中并与聚合物具有良好的相容性必须对其进行表面改性。

所谓纳米粒子的表面改性就是让纳米粒子表面与表面改性剂发生作用，以改善纳米粒子表面的可润湿性，增强纳米粒子在介质中的界面形容性，使纳米粒子容易在有机化合物或是水中分散。表面改性剂分子结构必须具有易与纳米粒子的表面产生作用的特征基团，这种特征基团可以通过表面改性剂的分子结构设计而获得。根据纳米粒子与改性剂表面发生作用的方式，改性的机理可分为包覆改性、偶联改性等。包覆改性就是用无机化合物或者有机化合物(水溶性或油溶性高分子化合物及脂肪酸皂等)对纳米粒子表面进行包覆，对纳米粒子的团聚起到减弱或屏蔽，由于包覆物而产生了空间位阻斥力，使粒子再团聚十分困难，从而达到改性的目的。包覆的机理可以是吸附、附着、简单化学反应或者沉积现象的包膜等。偶联改性是纳米粒子表面发生化学偶联反应，两组分之间除了范德瓦耳斯力、氢键或配位键相互作用外，还有离子键或共价键的结合。纳米粒子表面经偶联剂处理后可以与有机物产生很好的相容性。由于偶联剂改性操作较容易，偶联剂选择较多，所以该方法在纳米复合材料中应用较多。

目前，根据文献报道，对高温结构陶瓷材料的表面改性方法主要是采用偶联剂法、物理包覆法和化学沉积法等。虽然这些方法在不同程度上都对高温结构陶瓷材料表面进行一定程度的改性，从而实现了对于其不同功能的改进，但是其接枝率低下(10％以下)，改性条件苛刻，并且反应周期长的缺点，使其在实际的无机有机纳米复合材料制备中限制了其发展。

因此，需要开发一种接枝率高、步骤条件简单的改性方法对高温结构陶瓷材料进行表面改性，使高温结构陶瓷材料表面具有特殊的功能性，不仅可以提高其在聚合物中的分散性，而且还可以提高修饰后的高温结构陶瓷材料与聚合物的相容性，从而制备出高性能的无机纳米粒子复合材料。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的之一在于提供一种能够对高温结构陶瓷材料表面改性的方法及使用所述方法所获得的表面改性的高温结构陶瓷材料组合物。