一种碳化硅气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅气凝胶，其由结构中含有Si-H键的聚碳硅烷、二乙烯基苯、Pt催化剂和有机溶剂通过聚合物先驱体转化制备陶瓷法和气凝胶制备法制得，其比表面积为50～400m2/g，孔隙率为70～90％，密度为0.1～0.2g/mL，其中聚碳硅烷和二乙烯基苯的质量比为1:08～1.2，Pt催化剂为聚碳硅烷和二乙烯基苯总质量的0.1～0.5％。本发明专利技术利用聚合物先驱体转化制备陶瓷法制备SiC气凝胶，转化温度低至800℃。所得SiC气凝胶含氧量低、纯度高、质量好，且气凝胶的孔隙率、密度等参数可控，工艺简单可控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气凝胶
，具体涉及一种碳化硅气凝胶及其制备方法。
技术介绍
气凝胶通常指纳米量级颗粒相互聚集构成纳米多孔网络机构的轻质纳米固体材料，骨架。颗粒直径1～20nm，孔隙尺寸2～100nm，孔隙率高达90％以上。特殊的结构使其同时具备轻质和高效隔热两方面的优点，可广泛应用于热、光、声、电、力学等领域，受到科研界和工业界的广泛关注，被誉为二十一世纪最具发展潜力的材料之一。目前研究的最多的主要是SiO2气凝胶和C气凝胶，SiO2气凝胶及其复合材料在高于800℃使用时，隔热性能急剧下降，而C气凝胶在空气气氛下＞400℃使用易被氧化失效。二者均难以满足科技日益发展提出的要求。碳化硅(SiC)材料具有优越的耐高温、抗氧化等性能，同时具备很好的红外遮蔽效应，是一种潜在的高温使用气凝胶基材。CN103864076A公开了一种SiO2气凝胶为模板制备SiC气凝胶的方法，CN102910926A公开了一种块状碳化硅气凝胶材料及其方法，二者均分别采用硅源和碳源形成共前驱体，继而经高温碳热还原反应(1400-1500℃)，制备条件相对苛刻，后续纯化处理复杂、周期长、难度大，同时也导致碳化硅气凝胶材料收率相对较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种碳化硅气凝胶。本专利技术的另一目的在于提供上述碳化硅气凝胶的制备方法。本专利技术的具体技术方案如下：一种碳化硅气凝胶，其由结构中含有Si-H键的聚碳硅烷(PCS)、二乙烯基苯(DVB)、Pt催化剂(～Pt)和有机溶剂通过聚合物先驱体转化制备陶瓷法和气凝胶制备法制得，其比表面积为50～400m2/g，孔隙率为70～90％，密度为0.1～0.2g/mL，其中聚碳硅烷和二乙烯基苯的质量比为1:08～1.2，Pt催化剂为聚碳硅烷和二乙烯基苯总质量的0.1～0.5％。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述聚碳硅烷为纯的聚碳硅烷或包含异质元素元素的聚碳硅烷。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述有机溶剂为环己烷、正己烷、乙腈和丙酮中的至少一种。一种上述碳化硅气凝胶的制备方法，包括如下步骤：(1)将聚碳硅烷、二乙烯基苯和Pt催化剂溶于有机溶剂中，配制成有机溶剂的体积占比为70～95％的稀溶液，进行硅氢加成聚合反应形成先驱体凝胶，硅氢加成聚合反应的反应温度为140～210℃，反应时间为1～12h；上述硅氢加成聚合反应原理如下：(2)将上述先驱体凝胶进行前处理和干燥后，得到先驱体气凝胶，其比表面积为100～600m2/g，孔隙率为80～95％，密度为0.05～0.15g/mL；(3)将上述先驱体气凝胶进行热处理，得到所述碳化硅气凝胶，热处理为：在惰性气氛下，将先驱体气凝胶于180～200℃保温1～1.5h，再以1～12℃的速率升温至800～1400℃，并保温1～4h.。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述硅氢加成聚合反应的反应温度为150～200℃，反应时间为1～10h。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述干燥为冷冻干燥、常压干燥或超临界干燥。进一步优选的，所述干燥为超临界干燥，所述前处理为将先驱体凝胶进行液态二氧化碳置换孔隙中的有机溶剂。进一步优选的，所述干燥为常压干燥，所述前处理为将先驱体凝胶经过密封老化后，用正己烷置换孔隙中的有机溶剂。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述热处理为：在惰性气氛下，将先驱体气凝胶于200℃保温1h，再以2～10℃的速率升温至800～1350℃，并保温1～3h。进一步优选的，还包括步骤(4)：将步骤(3)所得的碳化硅气凝胶置于500～600℃、空气气氛下脱碳1～2h，以提高其纯度。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术利用聚合物先驱体转化制备陶瓷法制备SiC气凝胶，转化温度低至800℃。所得SiC气凝胶含氧量低、纯度高、质量好，且气凝胶的孔隙率、密度等参数可控，工艺简单可控。2、本专利技术制备的SiC气凝胶的理化性质稳定以及红外遮蔽效应，更适合用于高温下的绝热保温。3、本专利技术的制备方法利用含异质元素的聚碳硅烷，亦可制得均匀掺杂的碳化硅气凝胶材料，以用于特殊领域。附图说明图1为本专利技术所用PCS的红外光谱图。具体实施方式以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。实施例1(1)将6.0gPCS(其红外光谱如图1所示)粉末溶解于94.0g环己烷中，配制浓度为6.0％的PCS溶液；加入6.0gDVB和0.3g～Pt，搅拌均匀形成均相溶液，然后转移至反应釜中的聚四氟乙烯罐中，进而转移到压力反应釜中，在150℃条件下进行硅氢加成聚合和交联反应，反应时间5h，反应完成后，将反应釜及物料冷却至室温，得到先驱体凝胶；(2)将先驱体凝胶转移至超临界干燥釜中，先通过液态二氧化碳置换1～3d，再经超临界干燥(50℃，20MPa)，得到先驱体气凝胶；(3)在惰性气氛下，先驱体气凝胶在200℃保温1h后，经过800℃(升温速度2℃/min)热处理1～3h，得到无定型态SiC气凝胶，经1200℃处理，开始向-SiC气凝胶转变。SiC气凝胶孔隙率～90％，比表面积～350m2/g，密度～120Kg/m3。实施例2将实施例1中的原料PCS改用含异质元素聚碳硅烷PXCS(X包括铝、铁、钇等元素)，遵循上述试验流程，可得含异质元素碳化硅气凝胶材料，用于特殊领域。实施例3常压干燥制备SiC气凝胶材料：将实施例1中所得先驱体凝胶，经过密封老化后，用正己烷作为置换溶剂，置换孔隙中的环己烷，置换3次、每次24h。而后将其置于程序控温烘箱中，干燥程序为：升温至50℃(3℃/min)保温2h；升温至80℃(2℃/min)保温4h；升温至110℃(5℃/min)保温6h；自然降温后得到先驱体气凝胶，后续步骤与实施例1相同，亦可制得SiC气凝胶材料。SiC气凝胶孔隙率～75％，比表面积～110m2/g。本领域普通技术人员可知，本专利技术的技术方案的组分和参数在下述范围内变化时，仍然能够得到与上述实施例相同或相近的技术效果，仍属于本专利技术的保护范围：一种碳化硅气凝胶，其由结构中含有Si-H键的聚碳硅烷(PCS)、二乙烯基苯(DVB)、Pt催化剂(～Pt)和有机溶剂通过聚合物先驱体转化制备陶瓷法和气凝胶制备法制得，其比表面积为50～400m2/g，孔隙率为70～90％，密度为0.1～0.2g/mL，其中聚碳硅烷和二乙烯基苯的质量比为1:08～1.2，Pt催化剂为聚碳硅烷和二乙烯基苯总质量的0.1～0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅气凝胶，其特征在于：其由结构中含有Si‑H键的聚碳硅烷、二乙烯基苯、Pt催化剂和有机溶剂通过聚合物先驱体转化制备陶瓷法和气凝胶制备法制得，其比表面积为50～400m2/g，孔隙率为70～90％，密度为0.1～0.2g/mL，其中聚碳硅烷和二乙烯基苯的质量比为1:08～1.2，Pt催化剂为聚碳硅烷和二乙烯基苯总质量的0.1～0.5％。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅气凝胶，其特征在于：其由结构中含有Si-H键的聚碳硅烷、二乙烯基
苯、Pt催化剂和有机溶剂通过聚合物先驱体转化制备陶瓷法和气凝胶制备法制得，其比
表面积为50～400m2/g，孔隙率为70～90％，密度为0.1～0.2g/mL，其中聚碳硅烷和二乙烯
基苯的质量比为1:08～1.2，Pt催化剂为聚碳硅烷和二乙烯基苯总质量的0.1～0.5％。
2.如权利要求1所述的一种碳化硅气凝胶，其特征在于：所述聚碳硅烷为纯的聚碳
硅烷或包含异质元素元素的聚碳硅烷。
3.如权利要求1所述的一种碳化硅气凝胶，其特征在于：所述有机溶剂为环己烷、
正己烷、乙腈和丙酮中的至少一种。
4.一种权利要求1至3中任一权利要求所述的碳化硅气凝胶的制备方法，其特征在
于：包括如下步骤：
(1)将聚碳硅烷、二乙烯基苯和Pt催化剂溶于有机溶剂中，配制成有机溶剂的体积
占比为70～95％的稀溶液，进行硅氢加成聚合反应形成先驱体凝胶，硅氢加成聚合反应的
反应温度为140～210℃，反应时间为1～12h；
(2)将上述先驱体凝胶进行前处理和干燥后，得到先驱体气凝胶，其比表面积为
100～600m2/g，孔隙率为80～95％，密度为0.05～0.15...

【专利技术属性】
技术研发人员：余煜玺，陈勇，
申请(专利权)人：厦门纳美特新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35