一种Al-Si共聚氧化物陶瓷前驱体及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113968743A(43)申请公布日2022.01.25(21)申请号202010709586.4(22)申请日2020.07.22(71)申请人中国科学院化学研究所地址100190北京市海淀区中关村北一街2号(72)发明人王倩盖珂赵彤李敬毓刘伟森张永庆田昶斌(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司11245代理人关畅(51)Int.Cl.C04B35/622(2006.01)D01F9/10(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图4页(54)发明名称一种Al-Si共聚氧化物陶瓷前驱体及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种Al‑Si共聚氧化物陶瓷前驱体及其制备方法。所述Al‑Si共聚氧化物陶瓷前驱体软化点介于80～190℃；本发明的技术关键在于Al‑Si共聚氧化物陶瓷前驱体中，Al、Si两组分相容性好，可实现原子级均匀分布，且比例可调。利用该前驱体所得Al‑Si复相氧化物连续陶瓷纤维具有较高的耐温等级，拉伸强度不小于2.0GPa，拉伸弹性模量不小于200GPa，高温热处理后的强度保留率不低于70％。CN113968743ACN113968743A权利要求书1/1页1.一种制备Al-Si共聚氧化物陶瓷前驱体的方法，包括：1)将铝源溶解在铝源溶剂中，再加入络合剂，回流0.5～1h后加入硅源，继续回流0.5～3h；2)向步骤1)所得反应体系中加入混合液a-c中任意一种，加完后回流进行减压蒸馏，同时用乙二醇甲醚或乙二醇乙醚倒换正丙醇；继续升温至145～200℃，保温3～7h后降至室温，得到所述Al-Si共聚氧化物陶瓷前驱体；所述混合液a由水和乙二醇甲醚组成；所述混合液b由水和乙二醇乙醚组成；所述混合液c由水和正丙醇组成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述铝源选自异丙醇铝、正丙醇铝和乙醇铝中至少一种；所述铝源溶剂选自正丙醇、甲醇和异丙醇中至少一种；所述硅源选自二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷和正硅酸丁酯中至少一种；所述络合剂选自乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯和乙酰乙酸甲酯中至少一种；所述铝源中的铝元素与所述硅源中硅元素的投料摩尔比为1-25：1；所述络合剂的摩尔用量为所述铝源的0.4～0.9倍。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述混合液a中，所述水和乙二醇甲醚的质量比为1：1-7；所述混合液b中，所述水和乙二醇乙醚的质量比为1：1-7；所述混合液c中，所述水和正丙醇的质量比为1：1-7；所述加入混合液a-c的加入方式为滴加；滴加的速率为0.5～5滴/s；所述减压蒸馏步骤中，温度为110℃～145℃；时间为0.5～6h。4.权利要求1-3任一所述方法制备得到的Al-Si共聚氧化物陶瓷前驱体。5.根据权利要求4所述的Al-Si共聚氧化物陶瓷前驱体，其特征在于：所述Al-Si共聚氧化物陶瓷前驱体的软化点为80～190℃。6.权利要求4或5所述Al-Si共聚氧化物陶瓷前驱体在制备纤维中的应用。7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述纤维为含有铝和硅的陶瓷纤维；具体为Al-Si复相氧化物连续陶瓷纤维。2CN113968743A说明书1/6页一种Al-Si共聚氧化物陶瓷前驱体及其制备方法技术领域[0001]本发明属于复合纤维材料技术领域，涉及一种Al-Si共聚氧化物陶瓷前驱体及其制备方法。背景技术[0002]氧化铝基陶瓷纤维属于高性能无机纤维的一种，以A12O3为主要成分，一般还含有其它氧化物如SiO2、B2O3、ZrO2和Y2O3等。其中，发展最成熟的是A12O3·SiO2纤维，在A12O3·SiO2体系中，莫来石是唯一的稳定化合物，具有低热膨胀系数、低热导率和高抗蠕变性能等特点，在耐热材料的开发应用中发展很快，可以制成布、带、绳等多种形状的纺织品，用于如航空、航天及燃气祸轮机燃烧室的热保护系统，高负荷燃烧管，热交换器，高温气体过滤器，催化转换器支撑等。[0003]美国杜邦公司(US3808015)使用淤浆法，以粒径约500nm的α-A12O3粉末为主要原料，用碱式氯化铝作粘结剂，同时加入PVA得到具有一定粘度的浆料，在空气中进行干法纺丝成纤、低温裂解、高温烧成，得到α-A12O3纤维。由于采用的原料粉体粒径过大，纤维的直径大且形貌粗糙，强度低。[0004]日本住友化学(US4101615)使用预聚合法，通过三烷基铝或三烷氧基铝的水解聚合，得到具有Al-O-Al主链的高分子前驱体，溶解于有机溶剂中，加入硅酸酯浓缩后进行干法纺丝，热处理后得到陶瓷纤维。由于烧结温度低于1000℃，所以纤维的晶相组成由过渡相A12O3微晶、无定形相组成，适合较低温度的使用环境。[0005]美国3M公司采用溶胶-凝