碳化硅陶瓷先驱体聚甲基硅烷的研究进展

硅酸

盐学报

· 898 ·2009年

碳化硅陶瓷先驱体聚甲基硅烷的研究进展

邢欣，刘琳，苟燕子，李效东

(国防科技大学，新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室，长沙410073)

摘要：介绍了聚甲基硅烷的主要合成方法和性能，特别是其反应活性和高温热裂解性能。综述了聚甲基硅烷及其改性先驱体应用于制备碳化硅纤维、碳化硅基复合材料、多孔陶瓷材料等领域的研究进展。聚甲基硅烷作为碳化硅陶瓷先驱体，其制备简单、热解产物接近碳化硅的化学计量比，具有广阔的应用前景。未来该领域的研究重点是聚甲基硅烷的规模化合成，低成本改性聚甲基硅烷先驱体研究，聚甲基硅烷系列复合先驱体的制备等。

关键词：聚甲基硅烷；陶瓷先驱体；碳化硅；纤维；碳化硅基复合材料

中图分类号：TQ174.75 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)05–0898–07

RESEARCH PROGRESS OF POLYMETHYLSILANE IN PRECURSOR OF

SILICON CARBIDE CERAMICS

XING Xin，LIU Lin，GOU Yanzi，LI Xiaodong

(Key Laboratory of Ceramic Fiber and Composites, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China) Abstract: The preparation methods and main properties of polymethylsila

ne are introduced, particularly its reactivity and pyrolysis be-hariour at the high temperature. The research progresses of the applied areas of polymethylsilane and the modified polymethylsilane pre-cursor in silicon carbide fiber, silicon carbide based ceramic composites and micro- /macro-porous ceramics are reviewed. The prepara-tion process of polymethylsilane is simple; its pyrolysis product has near-stoichiometric silicon carbide. Further research key points focus on scaled synthesis of polymethylsilane, studies on low cost modified polymethylsilane, preparation of hybrid precursor polymer, etc.

Key words: polymethylsilane; ceramic precursor polymer; silicon carbide; fibers; silicon carbide based composites

陶瓷先驱体聚合物(简称陶瓷先驱体或先驱体)是用化学方法合成的一类聚合物。它可以在一定温度范围内发生裂解，转化为无机陶瓷，[1]而这种由有机聚合物转化为无机物的方法即称为先驱体转化法。1975年，日本东北大学的矢岛教授由聚二甲基硅烷(polydimethylsilane，PDMS)热裂解重排获得聚碳硅烷(polycarbosilane，PCS)，再由PCS先驱体无机化制备了SiC纤维。[1–2]先驱体转化法除了制备陶瓷纤维外，还可制备陶瓷基复合材料、陶瓷涂层、陶瓷微粉、多孔陶瓷等，这些为21世纪航空、航天及高技术领域中结构材料和功能材料的发展起到极大的推动作用。[3]这些陶瓷材料大部分是以PCS 为先驱体进行制备的。PCS的合成工艺复杂，成本高，陶瓷转化率较低(一般在60～70%之间)；[4–6]

所制备的碳化硅陶瓷一般富碳，使得陶瓷材料的高温抗氧化性能降低。[7–8]聚甲基硅烷(polymethyl- silane，PMS)以其制备简单、热解产物接近SiC化学计量比引起人们的关注。[9–11]

PMS是组成最简单的带有活性侧基的聚硅烷，室温下呈液态、油状，具有一定的黏度，相对分子量为400～1000，其主要的结构单元为—CH3SiH—，[12] 由于Si—H键的活性，直链分子很容易脱氢交联，致使所得聚合物部分支化或交联。其组成可由[(CH3HSi)x (CH3Si)1−x]n表示，x根据反应条件的不同而改变。PMS的研究始于20世纪80年代，[13–14]由于其分子中C/Si的摩尔比为1:1，且含有大量的Si —H活性基团，因此，大量的研究集中于以其为先驱体制备具有化学计量比的SiC陶瓷方面。[7–12,15]

收稿日期：2008–08–26。修改稿收到日期：2008–10–15。基金项目：国家自然科学基金(50802114)，装备预研基金

(9140C8201020803)资助项目。

第一作者：邢欣(1976—)，女，博士，副研究员。Received date:2008–08–26. Approved date: 2008–10–15. First author: XING Xin (1976–), female, Ph.D., vice researcher. E-mail: xingxin@

第37卷第5期2009年5月

硅酸盐学报

JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY

Vol. 37，No. 5

M a y，2009

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