[发明专利]一种高导电性陶瓷材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高导电性陶瓷材料的制备方法，包括：1)将聚硅氧烷前驱体与交联剂聚甲基氢硅氧烷(PHMS)混合，搅拌均匀后置入高能球磨机中处理得到混合液；2)向所述混合液中加入铂催化剂，继续球磨至混合均匀，得到混合溶液；3)去除步骤2)所述的混合溶液中的气泡；4)将步骤3)处理后的混合溶液置于干燥箱中，于40‑60℃交联8‑16h，随后梯度升温至120℃，保温4‑8h，然后再梯度降温至室温，得到交联后的样品；5)将交联后的样品置入氧化锆坩埚内，置入水平管式加热炉内；6)在惰性氛围下高温热解。该方法操作简单，工艺易于控制，合成条件温和，制备周期适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种复合材料技术领域，具体涉及一种具有高导电性SiOC陶瓷材料制备方法。

背景技术

传统的陶瓷材料生产是以一定成分的粉末为原料通过压膜、烧结制得。近年来，聚合物前驱体已被用于生产高级陶瓷，与传统制备方法相比，先驱体转化制备SiOC陶瓷具有热解温度低、分子可设计性和性能可控等优点，生产需要的温度比传统的粉末加工要低得多。利用聚硅氧烷转化制备陶瓷材料与聚碳硅烷和聚硅氮烷等先驱体相比，聚硅氧烷价格低廉，在惰性气氛热解可得到性能优良的SiOC陶瓷，是低成本制造高性能陶瓷材料的理想先驱体。

聚合物前驱体通常是具有硅和氧骨架的聚合物，可以通过热解有机基团而产生硅氧碳(SiOC)陶瓷。SiOC陶瓷材料通常包含非晶相(如SiOC)，其中纳米晶体(如SiC)和自由碳共存，是一个很有吸引力的复合材料。根据聚合物前驱体交联以及热解条件，可以形成各种各样的成分和微观结构，使其具有良好的化学和物理性能，并被用于过滤器、热交换器、催化剂载体、锂电池电极、气体储存介质、光电器件及传感器等方面。聚合物前驱体内不同的碳含量会影响SiOC陶瓷材料的组成、结构和相变特征，进而影响其性能。研究发现SiOC陶瓷材料中自由C分为涡轮状碳或石墨两种形态，根据具体应用，自由碳的存在可能是有利的，也可能是有害的。在惰性气体中，自由C可以通过碳热还原形成SiC和其他金属碳化物相，还可以通过抑制或延缓从亚稳相(碳氧化物)到更稳定相(SiC和SiO2)的转移来提高热稳定性。由于SiOC陶瓷材料的高导电性和高介电常数可以作为锂离子电池的阳极材料、温度传感器和导电涂层。文献中报道了获得高C含量SiOC陶瓷的各种方法，在插入/提取锂方面表现出良好的电化学性能。例如，Hourlier等人使用二乙烯基苯(DVB)作为交联剂，用于引入更多的自由C。含乙烯基的(Si-CH＝CH2)前驱体的交联剂也用于启动氢化反应，并在一定程度上增加C含量。但是，现有技术中有前驱体的制备需要较高的温度，在低温下难以交联固化形成稳定前驱体。

发明内容

基于现有技术的缺陷和需求，本发明提供了一种在低温环境下交联固化的聚硅氧烷前驱体，然后热解制备具有高导电性的SiOC陶瓷材料的制备方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明提供了一种高导电性陶瓷材料的制备方法，所述方法包括：

1)将聚硅氧烷前驱体与交联剂聚甲基氢硅氧烷(PHMS)混合，搅拌均匀后置入高能球磨机中处理得到混合液；其中所述聚硅氧烷的重复单元中含有乙烯，并且所述聚硅氧烷前驱体中原子比C/Si1；

2)向所述混合液中加入铂催化剂，继续球磨至混合均匀，得到混合溶液；

3)去除步骤2)所述的混合溶液中的气泡；

4)将步骤3)处理后的混合溶液置于干燥箱中，于40-60℃交联8-16h，随后梯度升温至120℃，保温4-8h，然后再梯度降温至室温，得到交联后的样品；

5)将交联后的样品置入氧化锆坩埚内，置入水平管式加热炉内；

6)在惰性氛围下高温热解。