PDF《氮化硼陶瓷前驱体的制备及表征》

收稿日期: 2013-05-08 作者简介: 叶丽,1982 年出生,助理研究员,博士,主要从事透波陶瓷前驱体方面的研究.

E-mail:yeli@ iccas. ac. cn 氮化硼陶瓷前驱体的制备及表征 叶丽1 孙妮娟2 韩伟健1 曹淑伟2 赵彤1 (1 中国科学院化学研究所高技术材料实验室,北京 100190) (2 航天材料与工艺研究所,北京 100076) 文摘以三氯化硼和六甲基二硅氮烷为原料制备了聚硼氮烷预聚体,再经高分子化制备了可溶的氮化 硼陶瓷前驱体―聚硼氮烷. 该法合成工艺简单,反应温和. 采用凝胶渗透色谱、核磁共振氢谱、傅里叶红外光 谱、热失重分析仪、元素分析等对预聚体高分子化过程中的分子量变化、高分子化机理、聚硼氮烷的裂解过程、 所得陶瓷的元素组成进行了研究. 结果表明,高分子化过程中主要发生了六甲基二硅氮烷脱除和转氨基反应. 所得聚硼氮烷重均分子量为

7 582,氮气下

1 000℃ 时的陶瓷产率为 41.

6 wt% ,陶瓷化转变主要发生在

400 ~ 600℃,800℃时陶瓷化转变基本进行完毕,800℃氨气下裂解得到低 C 含量的白色氮化硼陶瓷,进一步在

1 500℃ 氩气中裂解可得到结晶度较高的氮化硼陶瓷. 关键词 氮化硼陶瓷,聚硼氮烷,高分子化,陶瓷前驱体,裂解 Synthesis and Characterization of Preceramic Polymer for Boron Nitride Ye Li1 Sun Nijuan2 Han Weijian1 Cao Shuwei2 Zhao Tong1 (1 Laboratory of Advanced Polymer Materials, Center for Molecular Science, Institute of Chemistry, Chinese Academy of Science, Beijing 100190) (2 Aerospace Research Institute of Materials &

Processing Technology, Beijing 100076) Abstract Soluble preceramic polymer to BN ceramic, polyborazine, was synthesized via condensation of boron trichloride and hexamethydisilazane followed by a polymerization process. The average molecular weight and structure of the prepolymer during polymerization, mechanism of polymerization, pyrolysis process, and chemical composition of the obtained ceramic were investigated using gel permeation chromatography,

1 H NMR, infrared spectra, thermogravi- metric analysis and element analysis. The results indicate that hexamethydisilazane and NH3 were released during the polymerization process. The average weight molecular and ceramic yield (1 000℃ in N2 ) of the polyborazine are

7 582 and 41.

6 wt% , respectively. The ceramic mainly formed at the temperature range of

400 to 600℃ and white BN ceramic with low carbon content was obtained after pyrolyzed in NH3 at 800℃. Key words Boron nitride ceramic, Polyborazine, Polymerization, Preceramic polymer, Pyrolysis

0 引言 氮化硼陶瓷具有耐高温、抗氧化、耐化学腐蚀、无 毒色白、自润滑、与多种金属不浸润、高的介电性能、 良好的导热及透波特性,被广泛用于机械、冶金、电子、航空航天等高科技领域. 随着科学技术的发展, 传统高温合成法经过不断优化,仍不能满足制备连续 BN 纤维、均匀涂层、泡沫和异形件等的要求,因此前 驱体转化法引起了广泛的关注[1] . 在过去的几十年中,国内外学者探索了各种制备 氮化硼前驱体的方法. 如日本的 Kimura 研究小组、 ―

9 3 ― 宇航材料工艺 http:/ / www. yhclgy. com

2013 年第4期美国加利福尼亚的 Paciorek 研究小组[2] 、宾夕法尼亚 大学的 Sneddon 小组[3-5] 、墨西哥大学的 Paine[6-8] 、 法国里昂的 Miele[9-13] 等都进行了大量的研究工作;

我国学者在