一种多孔纳米碳化硅及其碳复合材料的制备技术的制作方法

1.本发明涉及纳米碳化硅材料的制备技术，尤其是一种多孔纳米碳化硅及其碳复合材料的制备技术。


背景技术：

2.碳化硅纳米材料因其具备高的热传导性、较强的热稳定性、优异的耐腐蚀性和抗氧化性、低的热膨胀系数等特点，被广泛应用于航空航天、电子通讯、能源化工、智能装备等领域。
3.多孔纳米碳化硅材料，又因其具有纳米孔隙，使得材料的内部空隙结构复杂，进而提高了固相传热的热阻。不仅如此，纳米空隙还能阻碍材料内部的气体流动，限制其气相传热。因此，相比于普通多孔材料，多孔纳米材料具有更加优异的隔热性能。特别是以碳化硅为主的多孔纳米材料更是被应用于特殊环境下的隔热材料。
4.多孔碳-碳化硅纳米复合材料是一种电吸收型吸收体，吸波材料主要应用于电子仪器、电磁设备、高频设备、屏蔽箱等领域。采用特殊方式制备成不同形状，如尖锥形、片状等，其主要应用于高功率吸波负载以及吸波暗箱。又因其具备优异的热真空性，在航空航天领域中得到重要应用。多孔纳米碳化硅及其碳复合材料以其独特的光、电特性，及优异的物理机械性能，在许多领域都有着极为广泛和潜在的应用价值。
5.但是当前多孔纳米碳化硅及其碳复合材料的生产工艺存在流程长、工艺复杂、成本高、性能指标不稳定等问题，无法满相关应用领域的要求。


技术实现要素：

6.本发明的技术任务是针对上述现有技术中的不足提供一种多孔纳米碳化硅及其碳复合材料的制备技术，该种多孔纳米碳化硅及其碳复合材料的制备技术具有流程短、绿色环保、成本低、效率高的特点。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，依次包括如下步骤：步骤1、取正硅酸乙酯520ml、无水乙醇1300~2080ml、去离子水1040~2340ml混合均匀；在65~70℃水浴条件下，加入121.5~360g有机碳源，并搅拌3~6h；采用真空抽滤获得滤物。
8.步骤2、将步骤1中所述的滤物置于球磨罐中球磨5~10h，再加入1.5~6g有机单体、0.03~0.12g交联剂、0.75~7.5g分散剂及稀土氧化物，继续球磨2~4h，得到浆料a。
9.步骤3、在步骤2中所述的浆料a中加入0.015~1.2g催化剂和0.15~2.25g引发剂，并搅拌均匀，形成浆料b；将浆料b注入模具中，室温下固化成型、脱模，形成素胚；将素胚放置于100℃环境下保温2~6h，直至重量不发生变化。
10.步骤4、将步骤3中所述的干燥后的素胚放入真空炉中，热处理后获得多孔纳米碳化硅-碳复合材料。
11.步骤5、将步骤4中所述的多孔纳米碳化硅-碳复合材料放置于在马弗炉内，热处理
后终获得多孔纳米碳化硅材料。
12.本发明的特点还在于：步骤1所述的有机碳源包含蔗糖、葡萄糖、寡聚糖、淀粉中的一种或几种组合。
13.步骤2所述的有机单体包括丙烯酸胺、羟基-甲基-丙烯酸胺、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯中的一种或几种组合。
14.步骤2所述的交联剂包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、n,n'-亚甲基双丙烯酸胺、双丙酮丙烯酸胺中的一种或几种组合。
15.步骤2所述的分散剂包括聚乙二醇、聚丙烯酸铵、羟基纤维素钠、十六烷基三甲基溴化胺中的一种或几种组合。
16.步骤2所述的稀土氧化物包括氧化钇、氧化镧、氧化铈中的一种或几种组合。
17.步骤3所述的催化剂包括四甲基乙二胺、三乙烯二铵中的一种或两种组合。
18.步骤3所述的引发剂包括碳酸铵、聚丙烯酸铵、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或几种组合。
19.步骤4所述的热处理工艺为：升温过程分为三个时段，（1）升温速率2~8℃/min，升至550~650℃保温1~3h；（2）升温速率5~10℃/min，升至1180~1280℃保温0.5~2h；（3）升温速率10~15℃/min，升至1390~1650℃保温4~8h，自然降温至室温后出炉。
20.步骤5所述的热处理工艺为：5~8℃/min的升温速率，升到800~980℃保温3~7h，自然降温至室温后出炉本发明的一种多孔纳米碳化硅材料的制备技术和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：节能环保、短流程、效率高等特点。
具体实施方式
21.下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明：本发明一种多孔纳米碳化硅及其碳复合材料的制备技术，其特征是依次包括如下步骤：步骤1、取正硅酸乙酯520ml、无水乙醇1300~2080ml、去离子水1040~2340ml混合均匀；在65~70℃水浴条件下，加入121.5~360g有机碳源，并搅拌3~6h；采用真空抽滤获得滤物。
22.其中，有机碳源包含蔗糖、葡萄糖、寡聚糖、淀粉中的一种或几种组合。
23.步骤2、将步骤1中所述的滤物置于球磨罐中球磨5~10h，再加入1.5~6g有机单体、0.03~0.12g交联剂、0.75~7.5g分散剂及稀土氧化物，继续球磨2~4h，得到浆料a。
24.其中，有机单体包括丙烯酸胺、羟基-甲基-丙烯酸胺、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯中的一种或几种组合；交联剂包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、n,n'-亚甲基双丙烯酸胺、双丙酮丙烯酸胺中的一种或几种组合；分散剂包括聚乙二醇、聚丙烯酸铵、羟基纤维素钠、十六烷基三甲基溴化胺中的一种或几种组合；稀土氧化物包括氧化钇、氧化镧、氧化铈中的一种或几种组合。
25.步骤3、在步骤2中所述的浆料a中加入0.015~1.2g催化剂和0.15~2.25g引发剂，并搅拌均匀，形成浆料b；将浆料b注入模具中，室温下固化成型、脱模，形成素胚；将素胚放置于100℃环境下保温2~6h，直至重量不发生变化。
26.其中，催化剂包括四甲基乙二胺、三乙烯二铵中的一种或两种组合；引发剂包括碳酸铵、聚丙烯酸铵、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或几种组合。
27.步骤4、将步骤3中所述的干燥后的素胚放入真空炉中，热处理后获得多孔纳米碳化硅-碳复合材料。热处理工艺为：升温过程分为三个时段，（1）升温速率2~8℃/min，升至550~650℃保温1~3h；（2）升温速率5~10℃/min，升至1180~1280℃保温0.5~2h；（3）升温速率10~15℃/min，升至1390~1650℃保温4~8h，自然降温至室温后出炉。
28.步骤5、将步骤4中所述的多孔纳米碳化硅-碳复合材料放置于在马弗炉内，热处理后终获得多孔纳米碳化硅材料。热处理工艺为：5~8℃/min的升温速率，升到800~980℃保温3~7h，自然降温至室温后出炉。
29.实施例1取正硅酸乙酯520ml、无水乙醇1500ml、去离子水1200ml混合均匀；在66℃水浴条件下，加入140g有机碳源，并搅拌4h；采用真空抽滤获得滤物。
30.有机碳源中蔗糖、葡萄糖、寡聚糖、淀粉中的比例为4:4:1:1。
31.将滤物置于球磨罐中球磨6h，再加入2g有机单体、0.06g交联剂、3g分散剂及1g稀土氧化物，继续球磨3h，得到浆料a。
32.有机单体丙烯酸胺、羟基-甲基-丙烯酸胺、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯的比例为7:2:1；交联剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、n,n'-亚甲基双丙烯酸胺、双丙酮丙烯酸胺的比例为7:2:1；分散剂聚乙二醇、聚丙烯酸铵、羟基纤维素钠、十六烷基三甲基溴化胺的比例为7:1:1:1；稀土氧化物氧化钇、氧化镧、氧化铈的比例为8:1:1。
33.在浆料a中加入0.6g催化剂和1.2g引发剂，并搅拌均匀，形成浆料b；将浆料b注入模具中，室温下固化成型、脱模，形成素胚；将素胚放置于100℃环境下保温4h，直至重量不发生变化。
34.催化剂四甲基乙二胺、三乙烯二铵的比例为7:3；引发剂碳酸铵、聚丙烯酸铵、过硫酸铵、过硫酸钾的比例为7:1:1:1。
35.将干燥后的素胚放入真空炉中，升温过程分为三个时段，（1）升温速率6℃/min，升至600℃保温2h；（2）升温速率7℃/min，升至1200℃保温1h；（3）升温速率10℃/min，升至1550℃保温5h，自然降温至室温后出炉。获得多孔纳米碳化硅-碳复合材料，孔径200nm，孔隙率87%。
36.将多孔纳米碳化硅-碳复合材料放置于在马弗炉内，6℃/min的升温速率，升到920℃保温5h，自然降温至室温后出炉。终获得多孔纳米碳化硅材料，孔径350nm，孔隙率96%。
37.实施例2取正硅酸乙酯520ml、无水乙醇1800ml、去离子水1100ml混合均匀；在70℃水浴条件下，加入300g有机碳源，并搅拌5h；采用真空抽滤获得滤物。
38.有机碳源中蔗糖、葡萄糖、寡聚糖、淀粉中的比例为1:8:0.5:0.5。
39.将滤物置于球磨罐中球磨8h，再加入4g有机单体丙烯酸胺、0.09g交联剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、6g分散剂聚丙烯酸铵及1.5g稀土氧化物氧化钇，继续球磨2h，得到浆料a。
40.在浆料a中加入0.08g催化剂四甲基乙二胺和1.8g引发剂过硫酸铵，并搅拌均匀，形成浆料b；将浆料b注入模具中，室温下固化成型、脱模，形成素胚；将素胚放置于100℃环境下保温5h，直至重量不发生变化。
41.将干燥后的素胚放入真空炉中，升温过程分为三个时段，（1）升温速率5℃/min，升至650℃保温2.5h；（2）升温速率10℃/min，升至1250℃保温2h；（3）升温速率15℃/min，升至1450℃保温8h，自然降温至室温后出炉。获得多孔纳米碳化硅-碳复合材料，孔径150nm，孔隙率88%。
42.将多孔纳米碳化硅-碳复合材料放置于在马弗炉内，5℃/min的升温速率，升到950℃保温6h，自然降温至室温后出炉。终获得多孔纳米碳化硅材料，孔径300nm，孔隙率95%。
43.实施例3取正硅酸乙酯520ml、无水乙醇2000ml、去离子水1500ml混合均匀；在70℃水浴条件下，加入360g有机碳源，并搅拌3.5h；采用真空抽滤获得滤物。
44.有机碳源中蔗糖、葡萄糖中的比例为3:7。
45.将滤物置于球磨罐中球磨5h，再加入1.6g有机单体、0.04g交联剂、4.5g分散剂及2.5g稀土氧化物，继续球磨4h，得到浆料a。
46.有机单体丙烯酸胺、羟基-甲基-丙烯酸胺的比例为9:1；交联剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、n,n'-亚甲基双丙烯酸胺的比例为8:2；分散剂聚乙二醇、聚丙烯酸铵的比例为6:4；稀土氧化物氧化钇、氧化铈的比例为9:1。
47.在浆料a中加入1g催化剂和0.8g引发剂，并搅拌均匀，形成浆料b；将浆料b注入模具中，室温下固化成型、脱模，形成素胚；将素胚放置于100℃环境下保温4h，直至重量不发生变化。
48.催化剂四甲基乙二胺、三乙烯二铵的比例为9:1；引发剂聚丙烯酸铵、过硫酸铵的比例为2:8。
49.将干燥后的素胚放入真空炉中，升温过程分为三个时段，（1）升温速率3℃/min，升至580℃保温1h；（2）升温速率5℃/min，升至1180℃保温0.5h；（3）升温速率5℃/min，升至1550℃保温5h，自然降温至室温后出炉。获得多孔纳米碳化硅-碳复合材料，孔径320nm，孔隙率90%。
50.将多孔纳米碳化硅-碳复合材料放置于在马弗炉内，8℃/min的升温速率，升到970℃保温3h，自然降温至室温后出炉。终获得多孔纳米碳化硅材料，孔径430nm，孔隙率93%。