[发明专利]一种热裂解硅胶和无机填料复合物制备高强韧陶瓷材料的方法

说明书

本发明提供一种热裂解硅胶和无机填料复合物制备高强韧陶瓷材料的方法，属无机复合材料领域。其步骤为：(1)无机填料的配合和表面处理；(2)液体硅橡胶与经过配合和表面处理好的无机填料的均匀分散混合；(3)混合好的硅胶‑无机填料复合物的低温热压硫化；(4)硫化完成后的硅胶‑无机填料复合物的初步热压裂解；(5)高温条件下初步热压裂解的硅胶‑无机填料复合物的进一步的陶瓷化烧结，最终得到高强韧的陶瓷材料产品。

技术领域

本发明提供了一种热裂解硅胶-无机填料复合物制备高强韧陶瓷材料的方法，涉及到了有机高分子材料与无机材料的复合方法，以该方法结合陶瓷材料的成型工艺和高温烧结工艺制备出了一种高强韧的陶瓷材料，属无机复合材料领域。

背景技术

陶瓷材料是我国历史悠久，品类繁多的一类无机非金属材料，进入新世纪以来，先进结构陶瓷材料已成为现代高新技术、新兴产业和传统工业技术改造提升的物质基础；机械陶瓷、热机陶瓷、生物化工陶瓷、传感器材料陶瓷、核陶瓷等等，在科技技术不断进步的今天也出现了各种各样的制备合成方法，针对不同类型陶瓷的成型加工进行优化改进结构设计是研究人员永远的课题。

热裂解有机物前驱体制备多功能型陶瓷是近年来迅速发展起来的一种制备新型陶瓷材料的方法，该方法打破了陶瓷材料是由无机非金属粉体经球磨-湿法制坯-陈化干燥-高温烧结的传统流程观念，使陶瓷材料的结构和性能从原子或分子的层面进行设计控制。利用含有陶瓷元素的有机物前驱体，如：聚硅烷、聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚硼硅氮烷、有机铝化合物或其他有机金属化合物等，经高温条件去除-H、-CH₃、-OH、-NH₂等有机基团，形成无机陶瓷材料。该方法的最大优势是可以通过对前驱体聚合物进行分子结构的设计和对热处理工艺的优化来调控陶瓷产物的化学成分、结构组成，进而获得所期望的陶瓷材料。但是该方法也有很明显的不足之处，比如：在高温裂解有机物前驱体去除有机基团的过程中，会产生大量的H₂O、CO₂和其他有机气体，这些气体就会造成陶瓷材料的鼓泡、开裂、预应力集中、强度韧性差等问题，而目前解决这些问题的方案通常是添加各种烧结助剂，引入大量其它杂质相，及外加很苛刻的温度和压力条件，但是这些方法或多或少存在各种问题。

陶瓷材料的固有弱点：自身脆性大，不耐冲击，易碎，切削磨削加工难度大、精度低，异型或复杂的精密构件成型难，对模具要求也高。近年来针对这些弱点，研究人员提出了很多可能的改善的方案，如多相复合增韧、晶须强化增韧、碳纤维-碳纳米管增韧、纳米陶瓷复合强化等措施来改善陶瓷材料的脆性和耐冲击的问题；针对异型复杂结构件的成型难提出了一些新型的成型方法：压滤成型法、直接凝固注模成型法、电泳沉积成型法、离心沉积成型法、固体无模成型法(包括FDC技术、IJP技术、3DP技术、LOM技术、SL技术)等，这些成型方法也起到了很好的改进作用。当然新技术的应用也带来了新问题，新技术设备的高成本、批量生产加工的效率问题等、高精密产品尺寸一致性和性能的稳定性问题等；这些问题都有待制备方法的创新和科学技术的进步来解决。

发明内容

本发明针对异型复杂陶瓷结构件成型难、加工要求高的问题，提供一种热裂解硅胶和无机填料复合物制备高强韧陶瓷材料的方法，使用少量的可硫化液体双组份加成型硅橡胶作为“塑化剂”，与无机填料复合物在一定条件下机械混合均匀，制备出具有良好“塑化”性的坯体料，坯体料加入到特定形状的模具中，热压铸成型即可得到结构异型复杂，可轻松打磨修整的原始坯体件；或者直接大片或块状热压铸成型制坯后，再在制好的坯体片或坯体块上数控加工结构异型复杂的构件。再就是后续的热压裂解坯体构件中的“塑化剂”，去除该液体双组份加成型硅橡胶中-H、-CH_X等基团，高温烧结后“塑化剂”残留物直接成为该陶瓷结构件的组成相，由于该“塑化剂”分子是均匀包覆在无机填料复合物粉体颗粒表面，高温烧结过程中，它起到了固体粘结剂的作用，很好的将复合物填料中的气孔挤占出去，使复合物粉体填料颗粒之间更容易聚集形成晶界，起到了增强韧化的作用。

本发明的技术方案是：一种热裂解硅胶和无机填料复合物制备高强韧陶瓷材料的方法，其特征在于：包含如下步骤：