專利名稱：一種有機(jī)硅、陶瓷梯度材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種梯度高分子材料，特別涉及一種有機(jī)硅、陶瓷梯度材料及其制備方法。
梯度材料是指沿某一方向材料的結(jié)構(gòu)或某種性能呈現(xiàn)梯度變化的材料。CA檢索表明表明這一方面的研究近十年非?；钴S。葛柄恒概括了梯度折射率高分子材料的研究。采用化學(xué)共聚法、擴(kuò)散共聚法、光共聚法等，可較為容易地制得各種梯度折射率高分子材料，其折射率分布形勢(shì)多種多樣，在光學(xué)領(lǐng)域和應(yīng)用上具有重要意義(高分子材料科學(xué)與工程，1991，41-6)。但這類有機(jī)高分子梯度材料無法兼顧無機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)。張宇民概括了梯度功能材料的研究(宇航材料工藝，1998，55-10)。航空航天飛行器的研制促進(jìn)了這類材料的發(fā)展，高溫條件下工作一側(cè)采用耐熱陶瓷，另一側(cè)接觸冷卻介質(zhì)，采用導(dǎo)熱性好機(jī)械強(qiáng)度高的金屬材料，由成分連續(xù)變化的金屬、陶瓷、微孔、纖維等組成中間過渡層，大大緩和了由于金屬與陶瓷之間熱膨脹失配所導(dǎo)致的熱應(yīng)力。但這類材料由于制造工藝復(fù)雜、一端的金屬材料無法絕緣，限制了推廣應(yīng)用。至今未發(fā)現(xiàn)有機(jī)硅-陶瓷梯度材料的專利報(bào)道。這一類材料兼具有機(jī)物及無機(jī)物的特點(diǎn)，絕緣性能高，制造工藝簡(jiǎn)單易行。
本發(fā)明的目的之一在于克服了已有技術(shù)中制造工藝復(fù)雜、金屬材料無法絕緣等缺陷，研制出一端為堅(jiān)硬的陶瓷、向另一端過渡為柔韌的有機(jī)聚合物的梯度材料。
本發(fā)明的另一目的是提供了有機(jī)硅、陶瓷梯度材料的制備方法。
本發(fā)明提供了一種有機(jī)硅、陶瓷梯度材料，由堅(jiān)硬的陶瓷過渡為柔韌的有機(jī)聚合物。其結(jié)構(gòu)通式如下 上式中，I為梯度材料的有機(jī)硅高分子一端，II為失去一半有機(jī)基團(tuán)R的梯度材料的中間部位，III為失去大部分有機(jī)基團(tuán)R的梯度材料的靠近陶瓷一端的部位，IV為失去全部有機(jī)基團(tuán)R的梯度材料的陶瓷一端。上述R為CH3或C6H5。X為元素C或O。a、b、c、d為鏈節(jié)數(shù)，其中0≤a≤1021，0≤b≤1021，0＜c≤1021，0＜d≤1021。
本發(fā)明為無孔或孔徑為0.01至50微米的多孔結(jié)構(gòu)有機(jī)硅、陶瓷梯度材料。
在本發(fā)明中，從陶瓷端向有機(jī)端CH3或C6H5含量呈梯度降低，直至為零。
本發(fā)明一種有機(jī)硅、陶瓷梯度材料的制備方法按如下步驟進(jìn)行(3)將結(jié)構(gòu)式如下的有機(jī)硅樹脂為原料，澆鑄成型，固化，得有機(jī)硅樹脂固化樣條， 式中n＝4-10，R為是CH3或C6H5；有機(jī)硅樹脂可以是聚甲基三甲氧基硅烷或聚苯基三甲氧基硅烷。
(2)將上述樣條置于低溫端0-600℃，高溫端700-1200℃，溫度梯度為10-200℃/cm的梯度燒結(jié)爐中，加熱4-20小時(shí)，可燒制一端為堅(jiān)硬的陶瓷、另一端為柔韌的有機(jī)物的梯度材料，從陶瓷端向有機(jī)端“R”基團(tuán)(甲基或苯基)含量逐漸降低，直至為零。
當(dāng)?shù)蜏囟?00-600℃，高溫端700-1200℃時(shí)，可燒制一端多孔(孔徑0.01至50微米)，另一端無孔的梯度材料。
在上述方法步驟1中，將所述的有機(jī)硅樹脂澆鑄成片狀或棒狀，固化時(shí)間為10-20天。
本發(fā)明制備了有機(jī)硅-陶瓷梯度材料。采用有機(jī)硅樹脂(可以為甲基三甲氧基硅烷或苯基三甲氧基硅烷)為原料，澆鑄成型為片狀或棒狀。上述固化樣條經(jīng)過高溫梯度燒結(jié)爐處理后，一端為堅(jiān)硬的無機(jī)物Si-C-O，另一端為柔韌的有機(jī)物，從無機(jī)端向有機(jī)端基團(tuán)“R”含量逐漸降低，直至為零。紅外測(cè)試表明，100℃燒結(jié)試樣位于1255-1273cm-1處的Si-CH3特征吸收峰強(qiáng)且尖銳，200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃各燒結(jié)試樣位于1255-1273cm-1處的Si-CH3特征吸收峰強(qiáng)度逐漸減小，至900℃完全消失。900℃燒結(jié)試樣的光電子能譜測(cè)試表明，樣品中含有大量的Si-C-O。元素分析表明，900℃燒結(jié)試樣不含氫元素。有大量的資料表明該溫度下生成黑色陶瓷。以上證明，有機(jī)硅樹脂樣條經(jīng)過高溫梯度燒結(jié)爐處理，一端生成堅(jiān)硬的陶瓷，另一端為柔韌的有機(jī)硅聚合物，從陶瓷端向有機(jī)端CH3或C6H5含量逐漸降低，直至為零。
本發(fā)明的材料一端是耐熱陶瓷，另一端是柔韌的有機(jī)硅聚合物，通過有機(jī)基團(tuán)含量連續(xù)變化形成過渡層。本發(fā)明兼具有機(jī)物及無機(jī)物陶瓷的特點(diǎn)，絕緣性能高，制造工藝簡(jiǎn)單易行。有機(jī)硅、陶瓷梯度材料可應(yīng)用于航空航天飛行器的絕緣絕熱部位及某些光學(xué)領(lǐng)域。多孔—無孔有機(jī)硅梯度材料可應(yīng)用于化工行業(yè)的特殊過濾材料。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)硅、陶瓷梯度材料，其特征在于所述的有機(jī)硅、陶瓷梯度材料具有如下的結(jié)構(gòu)通式 其中，I為梯度材料的有機(jī)硅高分子一端，II為失去50％有機(jī)基團(tuán)R的梯度材料的中間部位，III為失去75％有機(jī)基團(tuán)R的梯度材料的靠近陶瓷一端的部位，IV為失去全部有機(jī)基團(tuán)R的梯度材料的陶瓷一端，其中R為CH3或C6H5，X為元素C或O，a、b、c、d為鏈節(jié)數(shù)，其中0≤a≤1021，0≤b≤1021，0＜c≤1021，0＜d≤1021。
2.按照權(quán)利要求1的材料，其中所述的有機(jī)硅、陶瓷梯度材料為無孔或孔徑為0.01至50微米多孔結(jié)構(gòu)的材料。
3.按照權(quán)利要求1的材料的制備方法，其特征在于按下列步驟進(jìn)行(1)將結(jié)構(gòu)式如下的有機(jī)硅樹脂澆鑄成型，固化，得有機(jī)硅樹脂固化樣條， 其中n＝4-10，R為CH3或C6H5；有機(jī)硅樹脂為聚甲基三甲氧基硅烷或聚苯基三甲氧基硅烷，(2)將上述樣條置于低溫端0-600℃，高溫端700-1200℃，溫度梯度為10-200℃/cm的梯度燒結(jié)爐中，加熱4-20小時(shí)，可燒制一端為堅(jiān)硬的陶瓷、另一端為柔韌的有機(jī)物的梯度材料，其間從陶瓷端向有機(jī)端CH3或C6H5含量呈梯度降低，直至為零。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中將所述的有機(jī)硅樹脂澆鑄成片狀或棒狀。
5.按照權(quán)利要求3的方法，其中固化時(shí)間為10-20天。
6.按照權(quán)利要求3的方法，其中低溫端燒制溫度400-600℃，高溫端700-1200℃，溫度梯度為10-200℃/cm，加熱4-20小時(shí)，可燒制一端孔徑0.01-50微米、另一端無孔、其間由多孔過渡為微孔乃至無孔的梯度材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了右式的有機(jī)硅,陶瓷梯度材料及其制備方法。其中R為CH
文檔編號(hào)C08L83/04GK1340568SQ0012371
公開日2002年3月20日 申請(qǐng)日期2000年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月31日
發(fā)明者徐堅(jiān), 馬軍, 羅善國(guó), 陳強(qiáng), 張小莉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所