一种耐高温过渡金属碳(氮)化物/硅硼碳氮复合陶瓷气凝胶及制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116023150A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202310058828.1(22)申请日2023.01.19(71)申请人天津大学地址300072天津市津南区海河教育园雅观路135号天津大学北洋园校区(72)发明人苏冬孙晓亮王磊王会杰(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201专利代理师王丽(51)Int.Cl.C04B35/58(2006.01)C04B35/624(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图5页(54)发明名称一种耐高温过渡金属碳(氮)化物/硅硼碳氮复合陶瓷气凝胶及制备方法(57)摘要本发明涉及一种耐高温过渡金属碳(氮)化物/硅硼碳氮复合陶瓷气凝胶及制备方法。将聚硼硅氮烷、二乙烯苯和过渡金属络合物加入到有机溶剂中混合均匀，然后转移至水热釜中进行溶剂热反应交联凝胶化；将步湿凝胶干燥，以获得过渡金属改性的PBSZ气凝胶；将气凝胶放入高温炉中，在保护气氛中热解得到过渡金属碳(氮)化物/硅硼碳氮复合陶瓷气凝胶。该气凝胶低密度达到0.16‑0.32g/cm3、低热导率为0.062‑0.082W/m·K、高压缩强度达到2.0‑6.0MPa和优异的高温组织结构稳定性为1800℃高温处理2h失重不高于12wt％，线收缩不高于7％；满足热防护系统对高性能隔热材料的要求。CN116023150ACN116023150A权利要求书1/1页1.一种耐高温过渡金属碳(氮)化物/硅硼碳氮复合陶瓷气凝胶，其特征是，微观上过渡金属碳(氮)化物纳米晶体分布于硅硼碳氮基体中，特征具体表现为该气凝胶具有金属碳(氮)化物晶相的X射线衍射峰，钛碳氮/硅硼碳氮复合陶瓷具有钛碳氮晶相的衍射峰2θ＝36.2°、42.0°、60.9°、73.0°。2.权利要求1的耐高温过渡金属碳(氮)化物/硅硼碳氮复合陶瓷气凝胶的制备方法，其特征是，包括如下步骤：1)将聚硼硅氮烷、二乙烯苯和过渡金属络合物加入到有机溶剂中混合均匀，然后转移至水热釜中进行溶剂热反应交联凝胶化；2)将步骤1)得到的湿凝胶干燥，以获得过渡金属改性的聚硼硅氮烷气凝胶；3)将步骤2)得到的气凝胶放入高温炉中，在保护气氛中热解得到过渡金属碳(氮)化物/硅硼碳氮复合陶瓷气凝胶。3.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤1)中的过渡金属包括钛、锆或铪。4.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤1)中的过渡金属络合物为一种或多种过渡金属的醇盐或乙酰丙酮盐。5.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤1)中的有机溶剂为环己烷、四氢呋喃、N，N‑二甲基甲酰胺或乙酰丙酮。6.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤1)中的聚硼硅氮烷与金属络合物的质量比为1:(0.5‑2)。7.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤1)中的聚硼硅氮烷与二乙烯苯的质量比为1:(0.5‑2)。8.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤1)中的溶剂热温度为120～180℃。9.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤2)中的干燥方式为冷冻干燥或超临界干燥。10.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤3)中的热解温度为1000～1500℃，热解气氛为氩气、氮气。2CN116023150A说明书1/7页一种耐高温过渡金属碳(氮)化物/硅硼碳氮复合陶瓷气凝胶及制备方法技术领域[0001]本发明涉及航空航天高温隔热领域，特别涉及一种耐高温过渡金属碳(氮)化物/硅硼碳氮复合陶瓷气凝胶及制备方法。背景技术[0002]随着飞行器的运行速度和运行时间的不断提高，飞行器表面承受着严重的气动加热，头锥等部位温度可达1800℃以上，对飞行器的热防护系统提出了更高要求。由于其独特的纳米级孔隙结构，陶瓷气凝胶材料具有低密度，高比表面积和低热导率，是一种理想的隔热材料。目前，气凝胶的研究主要集中在氧化物体系(如氧化硅、氧化铝、氧化锆及复合氧化物)，然而，他们在较高的环境温度下应用时，容易发生烧结、析晶或者相变，这导致其孔隙结构坍塌、隔热性能迅速下降。另外，氧化物气凝胶的颗粒间连接较弱，导致其力学性能较差，这些缺点都导致其难以在高温隔热领域发挥作用。相比于氧化物气凝胶，非氧化物气凝胶材料的高温稳定性和强度更为优异，这与其本身强的共价键或离子键结合有关，但是其制备流程复杂，这通常导致材料的结构和性能难以准确控制，其密度和热导率偏高(J.Eur.Ceram.Soc.2021,4,4710；Chem.Mater.2019,31,3700)。总体而言，非氧化物基气凝胶的研究较少，综合性能较差，距离实际应用还有很长的距离。因此，开发一种新型的易于制备的耐高温气凝胶材料，对于高温环境中下的隔热应用有重大意义。[0003]前驱体转化陶瓷(PDCs)是一种利用聚合物前驱体在高温下