一种SiBCNMO纳米颗粒及其制备方法

一种sibcnmo纳米颗粒及其制备方法
技术领域
1.本技术涉及超高温陶瓷材料技术领域，尤其涉及了一种sibcnmo纳米颗粒及其制备方法。


背景技术：

2.超高温陶瓷材料是应用于火箭和高超音速飞行器部件领域的候选材料，特别是喷嘴、前缘和发动机部件。因此，用于温度高于1600℃的氧化和快速加热环境的结构材料的设计和开发具有重大的科学和工程重要性。目前，新兴的复相陶瓷sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)是一种良好的超高温候选材料之一。非晶sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)陶瓷是一种结合了难熔金属元素的新型超高温陶瓷材料，具有强共价键，且具有良好的抗结晶性，因此其是一种良好的超高温候选材料之一。
3.sibnc材料是具有低密度，优异的组织结构稳定性(较高的非晶稳定能力，晶化后所具有的“胶囊”结构能够有效抑制晶粒的长大)，优异的综合力学性能(高强度、高硬度及高韧性等)，负载上难熔金属元素后，能够进一步提升sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)优良的综合高温性能，且其优良的机械加工性能也使其成为了科研工作者聚焦的一个工作重点。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种sibcnmo纳米颗粒及其制备方法，所述制备方法简单高效，生产成本低，所制得的sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)颗粒尺寸分布均匀。
5.为实现上述目的，本技术提供的技术方案是这样的：一种sibcnmo纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
6.s1、在惰性气体氛围下，将二氯二茂金属的聚合物与液态聚硼硅氮烷混合，超声处理，获得sibcnmo陶瓷先驱体；
7.s2、在惰性气氛保护下，将所述sibcnmo陶瓷先驱体进行无机化高温烧结后，研磨获得sibcnmo纳米颗粒；
8.其中，步骤s1中所述sibcnmo陶瓷先驱体和步骤s2中所述sibcnmo纳米颗粒中的m＝zr、ti、hf或ta。
9.作为本技术一些可选实施方式，所述二氯二茂金属聚合物与所述液态聚硼硅氮烷的混合比例为0.1:100～100:0.1。
10.作为本技术一些可选实施方式，所述二氯二茂金属聚合物与所述液态聚硼硅氮烷的混合比例为0.1:10～10:0.1。
11.作为本技术一些可选实施方式，步骤s1所述超声处理的处理时间为0.5～12h。
12.作为本技术一些可选实施方式，步骤s1所述超声处理的处理时间为0.5～4h。
13.作为本技术一些可选实施方式，步骤s2所述无机化高温烧结的烧结温度为700～1000℃，烧结时间为≤3h。
14.作为本技术一些可选实施方式，步骤s2所述无机化高温烧结的烧结温度为700～
900℃，烧结时间为1～2h。
15.作为本技术一些可选实施方式，步骤s1中所述二氯二茂金属中的金属为zr、ti、hf或ta。
16.作为本技术一些可选实施方式，步骤s1中所述二氯二茂金属为多孔固体粉末材料。
17.作为本技术一些可选实施方式，步骤s1和步骤s2中所述惰性气体包括但不限于氮气、氩气。
18.为实现上述目的，本技术还提供了一种sibcnmo纳米颗粒，由如上所述制备方法制备而得。
19.与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：本发明公开了一种sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)纳米颗粒的制备方法，以实验室制备的多孔二氯二茂金属(zr、ti、hf、ta)聚合物和液体聚硼硅氮烷为原料，在惰性气氛保护下，经充分搅拌和加热制得sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)陶瓷先驱体；然后对先驱体在惰性气氛保护下高温烧结成sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)纳米颗粒。本发明制备方法简单高效，生产成本低，仅通过混合、超声、加热和烧结等过程就能制备得到sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)纳米颗粒，颗粒尺寸分布均匀。
附图说明
20.图1为本技术实施例1所述sibcnzro先驱体的傅里叶红外吸收光谱图；
21.图2为本技术实施例1所述sibcnzro陶瓷粉末的x射线衍射图；
22.图3为本技术实施例1所述sibcnzro陶瓷粉末的扫描电镜图像。
23.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
24.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
25.超高温陶瓷(ultra-high temperature ceramic)材料是应用于火箭和高超音速飞行器部件领域的候选材料，特别是喷嘴、前缘和发动机部件。因此，用于温度高于1600℃的氧化和快速加热环境的结构材料的设计和开发具有重大的科学和工程重要性。目前，新兴的复相陶瓷sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)是一种良好的超高温候选材料之一。非晶sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)陶瓷是一种结合了难熔金属元素的新型超高温陶瓷材料，具有强共价键，且具有良好的抗结晶性，因此其是一种良好的超高温候选材料之一。
26.sibnc材料是具有低密度，优异的组织结构稳定性(较高的非晶稳定能力，晶化后所具有的“胶囊”结构能够有效抑制晶粒的长大)，优异的综合力学性能(高强度、高硬度及高韧性等)，负载上难熔金属元素后，能够进一步提升sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)优良的综合高温性能，且其优良的机械加工性能也使其成为了科研工作者聚焦的一个工作重点。
27.目前，利用实验室制备的多孔二氯二茂金属(zr、ti、hf、ta)聚合物与液态聚硼硅氮烷共混这一方法制备sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)陶瓷纳米颗粒仍未被报道研究，利用二氯二茂金属(zr、ti、hf、ta)合成的聚合物的多孔结构，实现与液态聚硼硅氮烷的混合，工艺简单，成本较低，这对sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)陶瓷纳米颗粒的制备具有一定的研究意义。
28.基于此，本技术提供的技术方案是这样的：一种sibcnmo纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
29.s1、在惰性气体氛围下，将二氯二茂金属的聚合物与液态聚硼硅氮烷混合，超声处理，获得sibcnmo陶瓷先驱体；
30.s2、在惰性气氛保护下，将所述sibcnmo陶瓷先驱体进行无机化高温烧结后，研磨获得sibcnmo纳米颗粒；
31.其中，步骤s1中所述sibcnmo陶瓷先驱体和步骤s2中所述sibcnmo纳米颗粒中的m＝zr、ti、hf或ta。
32.作为本技术一些可选实施方式，所述二氯二茂金属聚合物与所述液态聚硼硅氮烷的混合比例为0.1:100～100:0.1。
33.作为本技术一些可选实施方式，所述二氯二茂金属聚合物与所述液态聚硼硅氮烷的混合比例为0.1:10～10:0.1。
34.作为本技术一些可选实施方式，步骤s1所述超声处理的处理时间为0.5～12h。
35.作为本技术一些可选实施方式，步骤s1所述超声处理的处理时间为0.5～4h。
36.作为本技术一些可选实施方式，步骤s2所述无机化高温烧结的烧结温度为700～1000℃，烧结时间为≤3h。
37.作为本技术一些可选实施方式，步骤s2所述无机化高温烧结的烧结温度为700～900℃，烧结时间为1～2h。
38.作为本技术一些可选实施方式，步骤s1中所述二氯二茂金属中的金属为zr、ti、hf或ta。
39.作为本技术一些可选实施方式，步骤s1中所述二氯二茂金属为多孔固体粉末材料。
40.作为本技术一些可选实施方式，步骤s1和步骤s2中所述惰性气体包括但不限于氮气、氩气。
41.为实现上述目的，本技术还提供了一种sibcnmo纳米颗粒，由如上所述制备方法制备而得。
42.与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：本发明公开了一种sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)纳米颗粒的制备方法，以实验室制备的多孔二氯二茂金属(zr、ti、hf、ta)聚合物和液体聚硼硅氮烷为原料，在惰性气氛保护下，经充分搅拌和加热制得sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)陶瓷先驱体；然后对先驱体在惰性气氛保护下高温烧结成含有四方相氧化锆的sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)纳米颗粒。本发明制备方法简单高效，生产成本低，仅通过混合、超声、加热和烧结等过程就能制备得到sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)纳米颗粒，所制得的sibcnmo(m＝zr、ti、hf、ta)含有四方相氧化锆纳米颗粒，颗粒尺寸分布均匀。
43.下面结合具体实施例，对本技术所述sibcnmo纳米颗粒及其制备方法进行详细说明：
44.实施例1
45.(1)在手套箱里，将实验室制备的0.1030g多孔二氯二茂锆聚合物加入schlenk烧瓶中，然后称取实验室制备的0.1492g液态聚硼硅氮，滴加入schlenk烧瓶中，盖上瓶塞，静置12小时；
46.(2)将静置后的schlenk烧瓶进行混合和超声，超声时间为2小时，然后取出共混聚合物，放入坩埚中；
47.(3)将得到的共混聚合物转移至管式炉中进行无机化高温烧结，烧结的气氛为氩气，烧结的温度为300℃，保温2小时，升温速率为5℃/min，然后保持相同的升温速率继续升温至800℃，保温1小时，保持相同的升温速率，烧结完后取出产物，研磨至无颗粒状，即得到产物sibcnzro纳米颗粒，含有一种四方相氧化锆颗粒存在。
48.所得sibcnzro先驱体的红外光谱图如图1所示，经过裂解后得到的陶瓷粉末的x射线衍射谱如图2，扫描电镜图像如图3所示，说明通过本实施例的制备方法能够得到纳米级别的sibcnzro陶瓷粉末，能够得到一种低温制备四方相氧化锆，颗粒尺寸约20～50nm。
49.可以看出，本实施例所述制备工艺简单，制备温度较低，且所获得的产物含有一种低温制备的四方相氧化锆，颗粒尺寸分布均匀。
50.实施例2
51.(1)在手套箱里，将实验室制备的0.1492g多孔二氯二茂锆聚合物加入schlenk烧瓶中，然后称取实验室制备的0.1030g液态聚硼硅氮烷，滴加入schlenk烧瓶中，盖上瓶塞，静置12小时；
52.(2)将静置后的schlenk烧瓶进行混合和超声，超声时间为2小时，然后取出共混聚合物，放入坩埚中；
53.(3)将得到的共混聚合物转移至管式炉中进行无机化高温烧结，烧结的气氛为氩气，烧结的温度为300℃，保温2小时，升温速率为5℃/min，然后保持相同的升温速率继续升温至800℃，保温1小时，烧结完后取出产物，研磨至无颗粒状，即得到产物sibcnzro纳米颗粒，含有一种四方相氧化锆颗粒存在。
54.本实施例通过增加了二氯二茂锆聚合物的质量，增加了难熔金属锆元素的含量，有利于陶瓷的高温性能。
55.实施例3
56.(1)在手套箱里，将实验室制备的0.1030g多孔二氯二茂铪聚合物加入schlenk烧瓶中，然后称取实验室制备的0.1492g液态聚硼硅氮烷，滴加入schlenk烧瓶中，盖上瓶塞，静置12小时；
57.(2)将静置后的schlenk烧瓶进行混合和超声，超声时间为2小时，然后取出共混聚合物，放入坩埚中；
58.(3)将得到的共混聚合物转移至管式炉中进行无机化高温烧结，烧结的气氛为氩气烧结的温度为300℃，保温2小时，升温速率为5℃/min，然后保持相同的升温速率继续升温至800℃，保温1小时，烧结完后取出产物，研磨至无颗粒状，即得到产物sibcnhfo纳米颗粒，含有一种单斜相氧化铪颗粒存在。
59.本实施例的制备工艺简单，制备温度较低，用更高熔点的hf元素取代zr元素，有利于提高材料的耐高温性能。
60.以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。