制備硅氧碳無裂紋陶瓷體和微小陶瓷件.pdf

1、有機前驅(qū)體熱解法是制備高溫陶瓷的新方法，具有可在分子尺度上對陶瓷材料進行設(shè)計、液相成型和較低的制備溫度等特點，在制備宏觀高溫陶瓷和微機電系統(tǒng)(MEMS)微小陶瓷件有重要發(fā)展前景。前驅(qū)體聚合物熱解中伴有較大失重和收縮，易導(dǎo)致陶瓷開裂，成為制備大尺寸陶瓷件的主要難題。另一方面，采用液相前驅(qū)體熱解制備微小陶瓷件在國際上近期剛剛起步，研究集中于少數(shù)聚硅氮烷前驅(qū)體制備硅氮碳陶瓷件，聚硅氮烷較貴、不易獲得、難以處理。本論文基于易交聯(lián)陶瓷化、價廉和易

2、處理的液相聚硅氧烷前驅(qū)體，針對抑制陶瓷開裂和微成型等問題，開展了制備大尺寸硅氧碳(SiOC)陶瓷體和陶瓷微件的研究。 采用在前驅(qū)體中引入液態(tài)第二相分子為緩沖劑的方法，抑制了交聯(lián)和熱解過程中前驅(qū)體和陶瓷的開裂，成功制得大尺寸無裂紋硅氧碳陶瓷。具體為在聚氫甲基硅氧烷(PHMS)和甲基乙烯基環(huán)硅氧烷(D4Vi)混合前驅(qū)體中引入聚二甲基硅氧烷(PDMS)為緩沖劑，經(jīng)成型、交聯(lián)和熱解，獲得長邊尺寸為30 mm的無裂紋SiOC陶瓷體。雖然陶

3、瓷體有20％的氣孔率，但維氏硬度可達8.1 GPa。實驗結(jié)果和分析表明，PDMS的引入緩解了硅氧烷交聯(lián)固化過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，熱解中在500-600℃脫出，為小分子副產(chǎn)物的脫出提供了通道，從而抑制陶瓷開裂。 以PHMS+D4Vi為硅氧碳前驅(qū)體，金屬(鋁、鐵、銅質(zhì))微件為母模，通過模轉(zhuǎn)移和直接復(fù)模，經(jīng)微成型、熱交聯(lián)和熱解過程，成功制備出尺寸φ=1.5 mm的SiOC陶瓷微齒輪和有序多孔陣列，精度達10 nm。制備中，采用PDMS為模