[发明专利]含苯环聚合物裂解转化SiBCN无金属陶瓷吸波材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种含苯环聚合物裂解转化SiBCN无金属陶瓷吸波材料及制备方法，包括含苯环超支化聚硼硅氮烷的合成以及SiBCN陶瓷吸波材料的制备，本发明利用甲基二氯二苯基硅烷、二氯硅烷、三氯化硼以及六甲基二硅杂氮烷合成超支化聚硼硅氮烷，再将超支化聚硼硅氮烷交联后压片成胚体，胚体裂解成陶瓷吸波材料。本发明从陶瓷聚合物前驱体结构设计入手，进行高陶瓷产率聚硼硅氮烷前驱体的合成和交联拓扑体系的构筑，在聚硼硅氮烷前驱体结构中直接引入苯环，使苯环中的sp2杂化碳原子在裂解转化过程中直接原位形成石墨碳、碳纳米管等结构，实现了高温吸波剂均匀分散在非晶态的低损耗载体中的结构，得到吸波性能良好的无金属陶瓷基复合材料。

技术领域

本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种含苯环聚合物裂解转化SiBCN无金属陶瓷吸波材料及制备方法。

背景技术

聚硼硅氮烷前驱体热解可以得到SiBCN复相陶瓷，由于硼的引入，在陶瓷转化过程中形成BN/B₄C相，BN/B₄C相本身具有很好的耐高温性能，通过隔氧保护效应和协同效应可从整体上大大提高陶瓷基体的耐高温性能，据Nature报道，SiBCN复相陶瓷能达到2000℃以上的耐温水平。相比单相SiC、Si₃N₄基体或复相SiCN陶瓷，SiBCN复相陶瓷基体理论上具有更高的耐高温和更好的抗高温氧化性能，聚硼硅氮烷前驱体转化陶瓷日益受到研究者的重视。

关于PDC-SiBCN复相陶瓷吸波材料方面，Ye等研究了PDCs-SiBCN陶瓷的介电性能和微波吸收性能，所制备的SiBCN陶瓷X-band内的介电常数在11以下，损耗正切值在0.5-0.7的范围内，反射率在10GHz达到最低值-15.78dB。Zhang等将CNTs加入到SiBCN陶瓷中改善了陶瓷的电磁损耗能力，陶瓷的损耗角正切值超过0.8，通过二茂铁改性聚合物前驱体后，过渡金属元素的引入能够催化聚合物前驱体在高温裂解转化过程中形成SiC、碳纳米线、洋葱和石墨烯等结构的结晶碳等高温电磁损耗相，能够得到吸波效果更好的陶瓷基吸波材料。这是因为陶瓷基体中无定型碳会以Fe、Co、Ni过渡金属为原子核，sp3杂化的碳原子在其周围富集，最终转化成sp2杂化的碳原子，最终转化来形成石墨碳、碳纳米管等高介电损耗相。

但是现有的聚合物基转化SiBCN陶瓷需要添加吸波剂或者过渡金属来提升吸波性能，而过渡金属的加入存在以下问题：(1)耐高温吸波材料的应用环境主要是长期的高温条件，对于PDC陶瓷来说相当于长期处于一个高温退火环境，过渡金属元素的存在将持续对PDC陶瓷内部的非结晶形态进行结晶形态的催化，结晶态高介电损耗相的增加可能引起阻抗匹配失衡，不利于材料吸波性能的稳定。(2)随着雷达吸波材料技术的发展，结构功能一体化是未来吸波材料研究的重点，结构吸波材料应具有承载和减小雷达散射截面的双重功能，然而结晶相的增加将会造成陶瓷材料的力学性能下降，不利于陶瓷材料的承载能力和实际应用。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有方法的不足之处，提供了一种含苯环聚合物裂解转化SiBCN无金属陶瓷吸波材料及制备方法，该方法无需借助过渡金属的催化或外加CNT等方法，实现了高温吸波剂均匀分散在非晶态的低损耗载体中的结构，得到的SiBCN无金属陶瓷吸波材料吸波性能良好。

为了达到上述目的，本发明提供了一种含苯环聚合物裂解转化SiBCN无金属陶瓷吸波材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，合成含苯环超支化聚硼硅氮烷

将二氯二苯基硅烷、甲基二氯硅烷和三氯化硼按照1：1：1的摩尔比混合均匀，得到混合反应物；将混合反应物置于冰浴中，然后在搅拌条件下，往混合反应物中滴加相当于甲基二氯硅烷摩尔量3.5倍的六甲基二硅杂氮烷，滴加完毕后反应12h，得到反应液一；

将反应液一升温至50℃反应1h，得到反应液二；

将反应液二升温至110℃反应2h，得到反应液三；