无氧溶胶—凝胶合成阵列微孔SiCN陶瓷

论文摘要

碳氮化硅（SiCN）多孔陶瓷具有耐高温、低膨胀率、耐腐蚀、强度高等优异性能,在石油、化工、能源、催化等领域具有广泛的应用前景,近年来倍受关注。溶胶-凝胶方法是制备多孔陶瓷有效的方法,已广泛用于合成SiO2、TiO2、Al2O3等各种氧化物多孔陶瓷。本室近期采用无氧溶胶-凝胶热解制备出多孔SiCN陶瓷。本论文对混合氯硅烷与双（三甲基硅基）碳化二亚酰胺（BTSC）溶胶-凝胶制备微孔SiCN陶瓷的反应控制和陶瓷结构进行了研究,在此基础上,在无氧溶胶-凝胶体系中引入聚合物微球模板,经凝胶化和热解,制备出微孔阵列SiCN陶瓷。以三氯硅烷（CH2=CHSiCl3）、甲基氢二氯硅烷（CH3HSiCl2）与BTSC反应,经凝胶化和热解,获得孔径1μm30μm、孔隙度为76.5 vol.%的多孔SiCN陶瓷;进而,以乙烯基二氯硅烷（CH3CH2=CHSiCl2）替代甲基氢二氯硅烷（CH3HSiCl2）与BTSC反应,获得孔径10μm40μm、孔隙度为75.6 vol.%的多孔SiCN陶瓷。通过分析凝胶结构和热解过程,推断陶瓷微孔是在热解过程中产生的。将聚苯乙烯（PS）微球加至以上溶胶-凝胶反应体系中,经凝胶化和热解,制备出多孔SiCN陶瓷,但孔呈无序状;但当加入SiO2包覆PS微球时,可得到平均孔径160 nm,孔隙率为70.0 vol.%的有序阵列多孔SiCN陶瓷;同时,在以上体系中引入二氯硅烷时,同样获得了平均孔径160 nm的阵列孔SiCN,但气孔率达95.5 vol.%。进而在以上溶胶凝胶系统中直接加入合成聚苯乙烯的原料,一步反应获得有序的多孔SiCN陶瓷。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前驱体制备非氧化物陶瓷技术
• 1.1.1 前驱体制备陶瓷技术优点
• 1.1.2 前驱体的选择
• 1.2 前驱体法制备多孔SiCN 陶瓷
• 1.2.1 制备方法
• 1.2.2 多孔SiCN 陶瓷的研究进展
• 1.2.3 前驱体法制备多孔SiCN 陶瓷存在的问题
• 1.3 无氧溶胶-凝胶法制备SiCN 陶瓷材料
• 1.3.1 无氧溶胶-凝胶反应
• 1.3.2 无氧溶胶-凝胶的特点
• 1.3.3 无氧溶胶-凝胶的进展
• 1.4 课题的提出
• 第二章 实验设备及方法
• 2.1 实验原料和设备
• 2.2 合成方法
• 2.2.1 合成双（三甲基硅基）碳化二亚酰胺（BTSC）
• 2.2.2 合成SiCN 凝胶
• 2.2.3 合成含有聚苯乙烯（PS）球的SiCN 凝胶
• 2.2.4 干燥和热解
• 第三章 三氯硅烷和BTSC 形成凝胶和陶瓷
• 3.1 引言
• 3.2 空气中的水对干凝胶和BTSC 结构的影响
• 3.2.1 合成BTSC
• 3 和BTSC 合成凝胶'>3.2.2 ViSiCl₃ 和BTSC 合成凝胶
• 3.2.3 干凝胶和BTSC 对水敏感性的比较
• 3.3 影响溶胶向凝胶转变时间的因素
• 3.3.1 温度的影响
• 3.3.2 溶剂的影响
• 3.4 凝胶的干燥处理
• 3.5 干凝胶和热解后陶瓷的微观形貌
• 3.6 小结
• 第四章 混合氯硅烷制备多孔SiCN 陶瓷
• 4.1 引言
• 3和MeHSiCl₂ 与BTSC 制备SiCN 多孔陶瓷'>4.2 ViSiCl₃和MeHSiCl₂ 与BTSC 制备SiCN 多孔陶瓷
• 4.2.1 溶胶-凝胶反应和凝胶形成特点
• 4.2.2 凝胶的干燥处理
• 4.2.3 陶瓷形貌和结构表征
• 4.2.4 干凝胶的热解行为分析
• 4.2.5 陶瓷产率分析
• 4.2.6 小结
• 4.2.7 可逆溶胶-凝胶现象
• 3和ViMeSiCl₂ 与BTSC 制备SiCN 多孔陶瓷'>4.3 以ViSiCl₃和ViMeSiCl₂ 与BTSC 制备SiCN 多孔陶瓷
• 4.3.1 溶胶-凝胶反应和凝胶形成特点
• 4.3.2 凝胶的干燥处理
• 4.3.3 陶瓷形貌和结构表征
• 4.3.4 干凝胶的热解行为分析
• 4.3.5 陶瓷产率分析
• 4.3.6 小结
• 4.4 本章小结
• 第五章 合成有序微孔SiCN 陶瓷
• 5.1 引言
• 3 和BTSC 反应体系中添加PS 微球'>5.2 在ViSiCl₃ 和BTSC 反应体系中添加PS 微球
• 5.2.1 PS 微球的合成
• 5.2.2 溶胶-凝胶反应和形成凝胶特点
• 5.2.3 凝胶的干燥处理
• 5.2.4 陶瓷形貌和结构表征
• 5.2.5 陶瓷产率分析
• 5.2.6 小结
• 3 和BTSC 反应体系中添加PS-Si02'>5.3 在ViSiCl₃ 和BTSC 反应体系中添加PS-Si02
• 5.3.1 PS-Si02 微球的合成
• 5.3.2 溶胶-凝胶反应及凝胶形成特点
• 5.3.3 凝胶的干燥处理
• 5.3.4 陶瓷形貌和结构表征
• 5.3.5 干凝胶热解行为分析
• 5.3.6 影响微孔陶瓷形貌的因素
• 5.3.7 陶瓷的酸处理和热处理
• 5.3.8 未知相的分析
• 5.3.9 小结
• 3和（Me）25iCl₂ 与BTSC 反应体系中添加PS-Si02'>5.4 ViSiCl₃和（Me）25iCl₂ 与BTSC 反应体系中添加PS-Si02
• 5.4.1 凝胶形成过程
• 5.4.2 凝胶的干燥处理
• 5.4.3 陶瓷形貌和结构表征
• 5.4.4 小结
• 5.5 一步法制备SiCN 微孔陶瓷
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢