[发明专利]一种超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体及其制备方法、Si-B-O-C陶瓷的制备方法

说明书

本发明提供了一种用于光固化3D打印的超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体及其制备方法、Si‑B‑O‑C陶瓷的制备方法，涉及陶瓷材料技术领域。本发明提供的超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体的制备方法，包括以下步骤：在保护气氛下，将1,4‑二氧六环和硼酸衍生物混合，得到硼酸衍生物溶液；将所述硼酸衍生物溶液和含丙烯酸取代的三烷氧基硅烷、二烷氧基硅烷、苯基取代的二烷氧基硅烷以及含取代基的一烷氧基硅烷混合，进行聚合反应，得到超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体。采用本发明的超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体制备的陶瓷的分解温度至少升高到1400℃，具有优异的高温耐氧化性能。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种用于光固化3D打印的超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体及其制备方法、Si-B-O-C陶瓷的制备方法。

背景技术

随着特种陶瓷在各种高尖端领域发挥着愈加重要的作用，高性能微纳陶瓷的需求日益增长。陶瓷器件的功能化取决于物理结构上微宏观多层次有序调控与化学材质上多组分分子结构重组，但因传统陶瓷制备工艺的限制以及陶瓷材料本身“硬、脆”的特质，工业中使用的陶瓷制品往往只具备简单的三维形状，无法通过传统减材制造的方式得到具有复杂微纳结构的高性能陶瓷器件，更无法通过模压等方式直接制备高精度复杂结构的高性能特种陶瓷。结合前驱体转化陶瓷(Precursor-Derived Ceramics，PDC)技术和高精度增材制造技术(Additive Manufacturing，AM)，不仅能够在陶瓷物理结构上实现微纳尺寸精度多层次有序调控，还能在化学材质上进行多组分分子结构重组，实现宏/微/纳观多尺度的材料与结构的设计，得到热机械性能良好、轻量化、多功能复杂微纳结构的陶瓷器件。

与传统陶瓷相比，PDC具有突出的热氧稳定性能、抗高温蠕变性能和良好的化学稳定性能，可用作各个高尖端领域的关键部件的结构材料。硅氧碳 (Si-O-C)陶瓷具有良好的化学、机械和热性能而受到了广泛的关注，但是其在高于1300℃的温度下会快速降解迅速失重导致机械性能显著降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光固化3D打印的超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体及其制备方法、Si-B-O-C陶瓷的制备方法，采用本发明的超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体制备的陶瓷具有优异的高温耐氧化性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体的制备方法，包括以下步骤：

在保护气氛下，将1,4-二氧六环和硼酸衍生物混合，得到硼酸衍生物溶液；

将所述硼酸衍生物溶液和含丙烯酸取代的三烷氧基硅烷、二烷氧基硅烷、苯基取代的二烷氧基硅烷以及含取代基的一烷氧基硅烷混合，进行聚合反应，得到超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体。

优选地，所述硼酸衍生物溶液的浓度为0.11～0.15g/mL。

优选地，所述硼酸衍生物、含丙烯酸取代的三烷氧基硅烷、二烷氧基硅烷、苯基取代的二烷氧基硅烷以及含取代基的一烷氧基硅烷的摩尔比为 0.30～0.37：0.075～0.15：0.325～0.35：0.1：0.05～0.1。

优选地，所述聚合反应的温度为75～120℃，聚合反应的时间为6～12h。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体。

本发明提供了一种Si-B-O-C陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

将超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体和光引发剂混合，得到打印原料；所述超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体为上述技术方案所述超支化聚硼硅氧烷陶瓷前驱体；

采用3D打印技术将所述打印原料进行打印，得到陶瓷素坯；

在保护气氛下，将所述陶瓷素坯进行热解处理，得到Si-B-O-C陶瓷。