一种原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法

本发明属于一维纳米材料制备，涉及一种原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法。

背景技术：

1、氮化硅(si3n4)纳米线兼具优异的力学、透波以及抗热震等性能，它耐高温、抗氧化，可作为增强材料用于如导弹的天线罩、飞机和汽车的发动机等部位与严苛环境，满足“轻质高强”的要求；同时，si3n4是一种化学稳定性极好的宽能带间隙的半导体材料，可应用于电子及光学纳米器件上。

2、由于si3n4纳米线具有极广的应用领域与极大的应用潜力，关于它的研究日益增多，其制备方法也不断得以丰富，目前常见的有碳热还原法、化学气相沉积法、碳纳米管模板法、溶剂热法、先驱体热解法等，如专利“一种高纯α相氮化硅纳米线的制备方法”(授权公告号：cn 112607715b)以碳纳米管为前驱体、硅/二氧化硅(si/sio2)混合粉末为硅源，在1200℃～1800℃下烧结得到α相si3n4纳米线。文献“c.guo,f.ye,l.cheng,in situ growthof single crystal si3n4 nanowire foam with good wave-transparency and heatinsulation performance[j].composites part b:engineering 224(2021)109129.”以聚硅氮烷和环己烷为前驱体，辅以二茂铁为催化剂，将其与活性炭混合并压胚，在氮气(n2)氛围下热解得到si3n4纳米线。

3、但是许多已报道的si3n4纳米线的制备工艺中需要使用金属催化剂，这将导致严重的污染问题，且增加制备成本。更重要的是，由于si3n4纳米线具有大长径比，使得其在与其他材料混合时容易受团聚问题的困扰，虽有超声、球磨等方法可以缓解该问题，但这些方法效果有限且会对纳米线造成严重损伤。这些问题在很大程度上限制了si3n4纳米线的大规模使用，所以如何实现si3n4纳米线的绿色低成本制备、改善其在材料中的分布状况从而使它充分发挥自身的优点是迫切需要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法，该方法能够有效解决si3n4纳米线的团聚问题，实现si3n4纳米线在基体中的均匀分布。

2、为达到上述目的，本发明公开了一种原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法，包括：

3、制备层状多孔ac(活性炭)/sio2预制体，再在层状多孔ac/sio2预制体的孔隙内原位生长出均匀分布的si3n4纳米线，得到原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷。

4、所述制备层状多孔ac/sio2预制体的过程为：

5、将ac与sio2粉末在去离子水中充分球磨混合，再冷冻干燥为层状多孔ac/sio2预制体。

6、所述ac与sio2粉末的质量比为1:10～10:1。

7、去离子水的体积为ac与sio2总体积的1～5倍。

8、层状多孔ac/sio2预制体的孔隙率为50％～90％。

9、所述在层状多孔ac/sio2预制体的孔隙内原位生长出均匀分布的si3n4纳米线的过程为：

10、将层状多孔ac/sio2预制体置于n2气氛保护的热处理炉中，再升温至1300～1500℃，并保温，然后随炉冷却至室温，从而在层状多孔ac/sio2预制体的孔隙内原位生长出均匀分布的si3n4纳米线。

11、升温速率为3～10℃/min。

12、保温时间为1～5h。

13、本发明具有以下有益效果：

14、本发明所述的原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法在具体操作时，在层状多孔ac/sio2预制体的孔隙内原位生长出均匀分布的si3n4纳米线，通过所述层状多孔ac/sio2预制体为si3n4纳米线的原位生长提供充足的空间，解决si3n4纳米线的团聚问题，实现si3n4纳米线在基体中的均匀分布，整个制备过程无毒无害，制备过程简单且产量较高，适合于大规模生产，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法，其特征在于，所述制备层状多孔ac/sio2预制体的过程为：

3.根据权利要求2所述的原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法，其特征在于，所述ac与sio2粉末的质量比为1:10～10:1。

4.根据权利要求2所述的原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法，其特征在于，去离子水的体积为ac与sio2总体积的1～5倍。

5.根据权利要求2所述的原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法，其特征在于，层状多孔ac/sio2预制体的孔隙率为50％～90％。

6.根据权利要求1所述的原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法，其特征在于，所述在层状多孔ac/sio2预制体的孔隙内原位生长出均匀分布的si3n4纳米线的过程为：

7.根据权利要求6所述的原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法，其特征在于，升温速率为3～10℃/min。

8.根据权利要求6所述的原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法，其特征在于，保温时间为1～5h。

9.根据权利要求6所述的原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法，其特征在于，升温至1300～1500℃后进行保温。

技术总结本发明公开了一种原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷的方法，包括：制备层状多孔AC/SiO<subgt;2</subgt;预制体，再在层状多孔AC/SiO<subgt;2</subgt;预制体的孔隙内原位生长出均匀分布的Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;纳米线，得到原位制备均匀分布的氮化硅纳米线增强陶瓷，该方法能够有效解决Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;纳米线的团聚问题，实现Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;纳米线在基体中的均匀分布。技术研发人员：李贺军,焦亚朦,宋强,杨旭,赵斐受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/19