[发明专利]一种液态聚碳硅烷陶瓷先驱体的制备方法及装置

说明书

本发明公开了一种液态聚碳硅烷陶瓷先驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对反应釜进行干燥，后通入氮气置换反应釜内的空气，并对反应釜降温，以保持反应釜处于微正压状态；往反应釜内加入四氢呋喃、金属镁和1,1,3,3‑四氯‑1,3‑二硅丁烷，而后开启冷凝器和反应釜的搅拌装置，紧接着加入第一批氯硅烷，待温度降温至40℃～50℃，再加入第二批氯硅烷，维持该温度下让其充分反应，然后继续添加不饱和氯烷，滴加完毕后，将反应釜温度升温至50℃～65℃搅拌反应3h～10h；将反应釜温度降温至40℃～50℃，然后加入还原剂，随后升温至50℃～65℃搅拌反应5h～15h；最后经萃取、干燥及蒸馏后得到液态超支化聚碳硅烷陶瓷先驱体。

技术领域

本发明涉及陶瓷先驱体材料技术领域，尤其涉及一种液态聚碳硅烷陶瓷先驱体的制备方法及装置。

背景技术

先驱体浸渍裂解(PIP)工艺是利用陶瓷先驱体浸渍纤维预制体，交联固化后经高温转化为陶瓷基复合材料的工艺。先驱体是制备碳化硅(SiC)陶瓷基材料的关键：(1)先驱体应具有良好的工艺性。先驱体的原料廉价易得，通过分子设计，可以合成具有特定组成的有机先驱体。为了保证组分纯度，先驱体应以液态为宜。(2)先驱体应具有可交联性，即含有一定的活性基团，只有经过交联的先驱体才能形成规则立体的网状结构，在高温裂解过程中保持其结构与形状稳定，而不至于分解成小分子链段后挥发逸出。(3)有机先驱体在高温裂解后具有较高的陶瓷产率。

超支化聚合物是一类高度支化的三维大分子，其在组成、结构与性能上具有很多特点和优势，其优点正好满足基体用陶瓷先驱体对性能的要求。(1)良好的流动性，超支化聚合物支化点多，分子结构较为紧密，具有三维立体结构，表现出牛顿流体行为。(2)低粘度，超支化分子链不易缠结，粘度不随着分子量的增加而改变，这对PIP工艺制备陶瓷基复合材料十分有利。(3)具有丰富的末端官能团，通过端基官能团进行改性来赋予材料各种性能。

目前，Grignard偶联法是合成液态聚碳硅烷的主要方法。其制备方法是用氯甲基三氯硅烷(Cl3SiCH2Cl)经Mg/格式试剂偶联反应，缩聚合成氯化聚碳硅烷，氯化聚碳硅烷再经LiAlH4还原反应，后续经过萃取、干燥、蒸馏后得到液态聚碳硅烷。采用氯甲基三氯硅烷为原料制备液态聚碳硅烷，其在交联固化和热解成型时会大量溢出小分子气体，使得浸渍效率低，导致热解成型后产品发泡严重，致密度低，最终影响复合材料力学性能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种液态聚碳硅烷陶瓷先驱体的制备方法及装置。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

一种液态聚碳硅烷陶瓷先驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对反应釜进行干燥，后通入氮气置换反应釜内的空气，并对反应釜降温，以保持反应釜处于微正压状态；

(2)往反应釜内加入四氢呋喃、金属镁和1,1,3,3-四氯-1,3-二硅丁烷，而后开启冷凝器和反应釜的搅拌装置，紧接着加入第一批氯硅烷，待温度降温至40℃～50℃，再加入第二批氯硅烷，维持该温度下让其充分反应，然后继续添加不饱和氯烷，滴加完毕后，将反应釜温度升温至50℃～65℃搅拌反应3h～10h；

(3)将反应釜温度降温至40℃～50℃，然后加入还原剂，随后升温至50℃～65℃搅拌反应5h～15h；

(4)最后经萃取、干燥及蒸馏后得到液态超支化聚碳硅烷陶瓷先驱体。

优选的，在步骤(1)中，对反应釜进行干燥的具体步骤为：将反应釜加热至100℃～110℃，抽真空至-0.08MPa～-0.095MPa，保温1h～3h，以对反应釜干燥除去水分。

优选的，在步骤(2)中，所述金属镁与四氢呋喃的质量比为1∶10～1∶50。

优选的，在步骤(2)中，所述氯硅烷为氯甲基甲基二氯硅烷、氯甲基三氯硅烷中的一种或者多种。