专利名称：无氧溶胶－凝胶反应制备多孔碳氮化硅的方法
技术领域：
本发明涉及一种采用混合氯硅烷与亚酰胺通过无氧溶胶-凝胶反应制备多孔碳氮化硅的方法，属于陶瓷制备技术领域。
背景技术：
多孔陶瓷在金属冶炼、石油化工、分子筛、化学吸附、污水处理、锂离子电池和光电子器件等众多领域有广泛的应用。传统的多孔陶瓷为氧化物基合成陶瓷或矿物材料，其制备方法局限于模板法。但氧化物陶瓷耐高温(＜1000℃)性、抗氧化能力和抗化学腐蚀能力都很有限，不能满足超高温强腐蚀的极端恶劣环境下使用材料的要求。由于模板的存在，很难制备出高气孔率(＞90％)的陶瓷，这大大的限制了它的应用领域。碳氮化硅具有超强的耐高温性(1600～2000℃)、抗氧化性和耐化学腐蚀性能、高温抗蠕变(高温几乎无蠕变)等优异特性，是极端恶劣环境使用的理想材料。当前，仅有国外少数几个研究人员通过硬模板法采用聚硅烷制备出多孔碳氮化硅陶瓷，其气孔率和孔径都在很大程度上依赖于模板，还未制备出气孔率超过80％的多孔碳氮化硅陶瓷，并且还需要进行复杂的去模板过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用混合氯硅烷与亚酰胺通过无氧溶胶-凝胶反应制备多孔碳氮化硅的方法。此方法避免了复杂的去模板过程，制备的多孔碳氮化硅陶瓷具有高的气孔率达92％。
为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案加以实现的一种通过无氧溶胶-凝胶反应制备多孔碳氮化硅的方法。其特征在于包括以下具体过程将三氯氢硅烷、三氯甲基硅烷、三氯乙烯硅烷和三氯苯基硅烷其中的一种与二甲基二氯硅烷、二氯甲基氢硅烷、二乙烯基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、二氯乙烯基氢硅烷、甲基苯基二氯硅烷和乙烯基苯基二氯硅烷其中的一种，按摩尔比1∶20～20∶1混合。将混合后的氯硅烷与三甲基硅基碳化二亚酰胺、三乙烯基硅基碳化二亚酰胺或三苯基硅基碳化二亚酰胺按摩尔比12∶1～1∶12混合，在10～150℃下氩气、氮气或它们的混合气氛中反应形成凝胶，将凝胶在50～250℃下干燥，所得干凝胶在500～2000℃下热裂解，升温速率1～100℃/min，保温时间1～20h，降温速率1～100℃/min，直接形成孔径为0.01～100μm的多孔碳氮化硅陶瓷。
上述三氯氢硅烷、三氯甲基硅烷、三氯乙烯硅烷或三氯苯基硅烷与二甲基二氯硅烷、二氯甲基氢硅烷、二乙烯基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、二氯乙烯基氢硅烷、甲基苯基二氯硅烷或乙烯基苯基二氯硅烷的摩尔比5∶1～1∶2；混合氯硅烷与三甲基硅基碳化二亚酰胺、三乙烯基硅基碳化二亚酰胺或三苯基硅基碳化二亚酰胺按摩尔比5∶1～1∶3。
本发明的优点在于与传统的方法相比，本方法不通过模板直接制备出孔径为0.01～100μm、气孔率92％多孔碳氮化硅陶瓷，过程中孔径大小和气孔率均可控的。所制得的多孔碳氮化硅陶瓷具有优良的耐高温、抗氧化性和耐化学腐蚀性能，在高效吸附、先进催化、光电子器件、能源高技术领域具有广泛的应用。另外，本技术还可以拓展为其他体系制备多孔陶瓷。
图1为本发明实施例一制得多孔碳氮化硅陶瓷的SEM照片。
图2为本发明实施例二制得多孔碳氮化硅陶瓷的SEM照片。
图3为本发明实施例三制得多孔碳氮化硅陶瓷的SEM照片。
图4为本发明实施例四制得多孔碳氮化硅陶瓷的SEM照片。
具体实施例方式
实施例一在35℃下氩气气氛中，将1ml二甲基二氯硅烷和0.07ml三氯氢硅烷与1.41ml三甲基硅基碳化二亚酰胺混合反应形成凝胶，将凝胶在150℃下干燥，所得干凝胶在1200℃下热裂解，升温速率5℃/min，保温时间2h，降温速率5℃/min，降至20℃。制得平均孔径2.5μm、气孔率13.8％的多孔碳氮化硅陶瓷。
实施例二在35℃下氮气气氛中，将1ml二苯基二氯硅烷和0.14ml三氯甲基硅烷与2.5ml三甲基硅基碳化二亚酰胺混合反应形成凝胶，将凝胶在150℃下干燥，所得干凝胶在1200℃下热裂解，升温速率5℃/min，保温时间2h，降温速率5℃/min，降至20℃。制得平均孔径1μm、气孔率26％多孔碳氮化硅陶瓷。如图1所示。
实施例三在35℃下氩气气氛中，将1ml二氯乙烯基氢硅烷和0.7ml三氯乙烯硅烷与3.1ml三甲基硅基碳化二亚酰胺混合反应形成凝胶，将凝胶在150℃下干燥，所得干凝胶在1200℃下热裂解，升温速率5℃/min，保温时间2h，降温速率5℃/min，降至20℃。制得平均孔径0.4μm、气孔率45％多孔碳氮化硅陶瓷。
实施例四在35℃下氩气气氛中，将1ml二氯甲基氢硅烷和1.2ml三氯乙烯硅烷与5.5ml三甲基硅基碳化二亚酰胺混合反应形成凝胶，将凝胶在150℃下干燥，所得干凝胶在1200℃下热裂解，升温速率5℃/min，保温时间2h，降温速率5℃/min，降至20℃。制得平均孔径2μm、气孔率92％多孔碳氮化硅陶瓷。如图2所示。
实施例五在35℃下氩气气氛中，将1ml乙烯基苯基二氯硅和0.07ml三氯乙烯硅烷与1.41ml三甲基硅基碳化二亚酰胺混合反应形成凝胶，将凝胶在150℃下干燥，所得干凝胶在1200℃下热裂解，升温速率10℃/min，保温时间4h，降温速率5℃/min，降至20℃。制得孔径平均1.5μm、气孔率6％的多孔碳氮化硅陶瓷。
实施例六在35℃下氩气和氮气混合气氛中，将1ml乙烯基苯基二氯硅和0.07ml三氯乙烯硅烷与1.41ml三甲基硅基碳化二亚酰胺混合反应形成凝胶，将凝胶在150℃下干燥，所得干凝胶在1200℃下热裂解，升温速率10℃/min，保温时间4h，降温速率10℃/min，降至20℃。制得平均孔径10μm、气孔率35％的多孔碳氮化硅陶瓷。如图3所示。
实施例七在35℃下氩气气氛中，将1ml二氯甲基氢硅烷和1.2ml三氯乙烯硅烷与5.5ml三乙烯基硅基碳化二亚酰胺混合反应形成凝胶，将凝胶在150℃下干燥，所得干凝胶在1200℃下热裂解，升温速率20℃/min，保温时间2h，降温速率20℃/min，降至20℃。制得平均孔径60μm、气孔率90％多孔碳氮化硅陶瓷。如图4所示。
实施例八在35℃下氩气气氛中，将1ml甲基乙烯基二氯硅烷和1.2ml三氯苯基硅烷与5.5ml三苯基硅基碳化二亚酰胺混合反应形成凝胶，将凝胶在150℃下干燥，所得干凝胶在1200℃下热裂解，升温速率10℃/min，保温时间2h，降温速率20℃/min，降至20℃。制得平均孔径40μm、气孔率85％多孔碳氮化硅陶瓷。
权利要求
1.一种无氧溶胶-凝胶反应制备多孔碳氮化硅的方法，其特征在于包括以下具体过程将三氯氢硅烷、三氯甲基硅烷、三氯乙烯硅烷和三氯苯基硅烷其中的一种与二甲基二氯硅烷、二氯甲基氢硅烷、二乙烯基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、二氯乙烯基氢硅烷、甲基苯基二氯硅烷和乙烯基苯基二氯硅烷其中的一种，按摩尔比1∶20～20∶1混合，将混合后的氯硅烷与三甲基硅基碳化二亚酰胺、三乙烯基硅基碳化二亚酰胺或三苯基硅基碳化二亚酰胺按摩尔比12∶1～1∶12混合，在10～150℃下氩气、氮气或它们的混合气氛中反应形成凝胶，将凝胶在50～250℃下干燥，所得干凝胶在500～2000℃下热裂解，升温速率1～100℃/min，保温时间1～20h，降温速率1～100℃/min，直接形成孔径为0.01～100μm的多孔碳氮化硅陶瓷。
2.按权利要求1所述的无氧溶胶-凝胶反应制备多孔碳氮化硅的方法，其特征在于三氯氢硅烷、三氯甲基硅烷、三氯乙烯硅烷或三氯苯基硅烷与二甲基二氯硅烷、二氯甲基氢硅烷、二乙烯基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、二氯乙烯基氢硅烷、甲基苯基二氯硅烷或乙烯基苯基二氯硅烷的摩尔比5∶1～1∶2；混合氯硅烷与三甲基硅基碳化二亚酰胺、三乙烯基硅基碳化二亚酰胺或三苯基硅基碳化二亚酰胺摩尔比5∶1～1∶3。
全文摘要
本发明公开了一种无氧溶胶－凝胶反应制备多孔碳氮化硅的方法，属于陶瓷制备技术领域。该方法过程包括将二氯硅烷和三氯硅烷按不同摩尔比混合，混合后的氯硅烷与亚酰胺再按摩尔比混合，在10～150℃下氩气、氮气或它们的混合气氛中反应制得凝胶，凝胶再经干燥，热裂解，保温，降温得到多孔碳氮化硅陶瓷。本发明的优点在于与传统的方法相比，本方法不通过模板直接制备出孔径为0.01～100μm、气孔率92％的多孔碳氮化硅陶瓷，过程中孔径大小和气孔率均可控。所制得的多孔碳氮化硅陶瓷具有优良的耐高温、抗氧化性和耐化学腐蚀性能以及良好的通透性，在高效吸附、先进催化、光电子器件、能源高技术领域具有广泛的应用。
文档编号C04B38/00GK101054309SQ20071005749
公开日2007年10月17日 申请日期2007年5月30日 优先权日2007年5月30日
发明者李亚利, 谢皎, 侯峰, 安海娇 申请人:天津大学