[发明专利]一种空心碳化硅微珠的制备方法

说明书

本申请公开了一种空心碳化硅微珠的制备方法，将层状石墨烯与硅溶胶混合，再加入乙醇水溶液，依次进行老化、改性和溶剂置换处理后再经分级干燥处理后，制得气凝胶，对气凝胶进行粉碎再经球形整形机处理后制得气凝胶微珠，然后对气凝胶微珠进行包膜处理，经干燥、固化和碳化处理后制得多孔石墨微珠，再加入硅粉，经烧结处理后制得空心碳化微珠，所述制备方法可使层状石墨烯与硅溶胶充分接触，层状石墨烯均匀分布在硅溶胶中，硅源与碳源能够充分反应，同时层状石墨烯在硅溶胶内呈层状或蜂窝状分布，形成强度较好的致密碳化硅骨架，进而增强所制得空心碳化硅微珠的抗压强度，提高空心碳化硅微珠密度。

技术领域

本申请涉及无机填料制备技术领域，尤其涉及一种空心碳化硅微珠的制备方法。

背景技术

空心碳化硅微珠具有质量轻、耐磨损和强度高等优点，可以与镁合金、铝合金、钛合金、不锈钢等材料进行复合制备得到空轻质、高强度和低膨胀率的金属复合材料，将其与镁合金复合能够制备得到具有高强度和阻燃性优异的复合轻质材料，可应用于军舰上，将其与不锈钢复合制备得到的金属复合材料可用来制备防弹装甲，在保持防弹装甲防弹强度性能的同时，可极大程度减轻防弹装甲质量，提高防弹装甲强度，此外将其与铝合金复合，可制备应用于飞机上的超轻铝合金，其具有耐高温，重量轻、膨胀系数小和较高导热性等优点，现有技术通常采用聚碳硅烷先通过溶胶凝胶法对反应原料进行处理，制备成本较高，制备工艺难以控制，易造成污染，再经过热解法，制备得到的空心碳化硅微球不致密，强度较低。

专利CN111825094A采用超细高膨胀倍数的可膨胀石墨粉作为原材料，将蔗糖或酚醛树脂与氧化硅粉混合制成浆状物对可膨胀石墨粉进行包膜，经过固化、干燥、烧结和研磨处理后可制备得到空心碳化硅微珠，但在此制备工艺中硅源与碳源的难以充分接触，同时膨胀石墨粉难以均匀分散在制备原料体系中，导致制备的空心碳化硅微珠强度较低。

专利CN112047343A采用氧化石墨烯与碳纳米管来制备气凝胶微珠，然后采用蔗糖溶液或酚醛树脂对气凝胶微珠进行包膜处理，经固化和碳化工艺制得多孔石墨微珠，添加硅溶胶经加热固化和烧结处理后制得空心碳化硅微珠，但在此制备工艺中硅源与碳源的难以充分接触，所制备空心碳化硅微珠强度较低，含碳量比较高。

发明内容

为解决现有技术中硅源与碳源的难以充分接触，所制备空心碳化硅微珠强度较低，形态难以控制，空心碳化硅微珠难以形成致密结构的问题，本申请第一方面公开了一种空心碳化硅微珠的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将层状石墨烯与硅溶胶混合，加入乙醇水溶液，混合后得到混合溶胶，再加入氨水形成醇凝胶；再加入老化剂、改性剂和置换介质分别进行老化处理、改性处理和溶剂置换处理，然后将溶剂置换处理后的醇凝胶置于气流干燥机中进行分级干燥处理，制备得到气凝胶；

步骤二：采用气流粉碎机将气凝胶粉碎为细微粒气凝胶，再采用球形整形机对细微粒气凝胶进行处理，制备得到气凝胶微珠；

采用包覆剂对气凝胶微珠进行包膜处理，经干燥处理、固化处理和碳化处理后制备成多孔石墨微珠，将硅粉与多孔石墨微珠混合，在碳化硅烧结炉中进行烧结处理，制备得到空心碳化硅微珠；

在本发明的一些实施方式中，所述老化剂为硅溶胶和95％乙醇水溶液的复配，所述老化处理温度为40-60℃，老化处理时间10-20h；

在本发明的一些实施方式中，所述改性剂为三甲基氯硅烷和六甲基二硅氮烷中的一种，所述改性处理温度为40-60℃，改性处理时间100-140min；

在本发明的一些实施方式中，所述置换介质为正己烷；

在本发明的一些实施方式中，所述溶剂置换处理具体步骤包括：

向经改性处理后的醇凝胶中加入正己烷进行溶剂置换处理，溶剂置换处理温度40-50℃，溶剂置换处理时间为3-5h；