專利名稱：采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備碳膜的方法。
背景技術(shù)：
碳材料是指采用石墨、無定形碳、以及含碳的化合物作為原材料，通過特定的生產(chǎn)エ藝而制得的一種無機(jī)非金屬材料。碳材料它在某種意義上來說是ー種耐火材料，在30000C以上不會(huì)被熔化，只有在3500°C以上才能升華。碳材料不僅具有金屬、陶瓷的性能，而且還有兩者不能共有性能，例如良好的導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性以及潤(rùn)滑性等。一般情況下，エ業(yè)所用碳材料大部分都是由浙青等材料經(jīng)過高溫?zé)o氧煅燒制備而成，但是所制備出來的碳材料含有很多雜質(zhì)成分，所以對(duì)其各方面性能有很大的影響。所以近些年來，人們更多的通過有機(jī)前驅(qū)體的高溫?zé)o氧熱解或者高分子聚合物的高溫碳化來的 制備碳材料，相比較エ業(yè)碳材料的制備方法，聚合物材料高溫碳化不僅制備エ藝簡(jiǎn)單，成本較低，而且由于聚合物材料本身制備原材料的可控性所造成的聚合物材料性能方面的可設(shè)計(jì)性，所以由其高溫碳化所得到的碳材料的各方面性能也容易得到控制和改善，更有利干提高碳材料的產(chǎn)率，力學(xué)性能等，來滿足日益增長(zhǎng)的エ業(yè)需求以及航天、核エ業(yè)等領(lǐng)域的要求，而被認(rèn)為是很有前景的研究方向。但是由于聚合物材料本身的結(jié)構(gòu)和組分的多樣性也會(huì)使制備的碳材料存在ー些不可避免的缺點(diǎn)，例如制備的碳材料具有難石墨化、脆性較大、碳化溫度較高等，造成了碳材料使用領(lǐng)域的局限性，因此對(duì)于提高碳材料的力學(xué)性能以及降低碳化溫度等領(lǐng)域的研究受到了越來越多的科研工作者的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有制備碳膜材料方法存在碳化溫度較高、石墨化困難，及制備的碳膜脆性較大的問題，本發(fā)明提供了ー種采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法。采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法按以下步驟進(jìn)行一、通過溶液共混法將O. 5 5g改性的SiC納米顆粒加入到IOOg聚酰胺酸溶液中，得到混合溶液，然后將混合溶液流延到玻璃板上，把玻璃板置于真空干燥箱內(nèi)，采用梯度升溫程序曲線進(jìn)行升溫固化，分別在60で、100で、200で及300°C恒溫2小時(shí)，升溫結(jié)束后，將玻璃板置于沸水中脫膜，得到SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜，SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜中SiC的質(zhì)量為SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜質(zhì)量的O. 5% 5% ;ニ、將步驟一得到的SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜裁剪后置于兩個(gè)疊加的石英片中間得到預(yù)燒樣品，然后將預(yù)燒樣品置于真空管式燒結(jié)爐中，再向真空管式燒結(jié)爐中通入惰性氣體，然后升溫至600°C 1000°C，再保溫O. 8 I. 5小時(shí)，得碳化樣品；三、將碳化樣品置于石墨化爐中，然后通入氬氣，以I 2°C /min的升溫速率，升溫至1600°C并恒溫I 2小時(shí)，再以I 2V /min的升溫速率，升溫至2200°C 2500°C并恒溫I 2小時(shí)，得到碳膜，完成采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜。本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)I)本發(fā)明制備的碳膜在不同碳化溫度下的碳化收率都比聚酰亞胺制備的碳膜碳
化收率要高。2)本方法制備的碳膜的力學(xué)性能更為優(yōu)良，韌性更佳。3)在高溫石墨化的過程中，SiC納米粒子的加入起到了催化石墨化作用，提高了
石墨化程度。4)本方法能夠在較低的溫度下得到石墨化度較高的碳膜，制備的整個(gè)過程中對(duì)設(shè) 備的要求降低，節(jié)省了制備成本。


圖I是實(shí)驗(yàn)一所得1000°C碳化膜的斷ロ掃描圖；圖2是實(shí)驗(yàn)ニ所得1000°C碳化膜的斷ロ掃描圖；圖3是實(shí)驗(yàn)三所得1000°C碳化膜的斷ロ掃描圖；圖4是實(shí)驗(yàn)四所得1000°C碳化膜的斷ロ掃描圖；圖5是實(shí)驗(yàn)一所得聚酰亞胺復(fù)合薄膜2200°C碳化膜的XRD圖；圖6是實(shí)驗(yàn)ニ所得SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜2200°C碳化膜的XRD圖；圖7是實(shí)驗(yàn)三所得SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜2200°C碳化膜的XRD圖；圖8是實(shí)驗(yàn)四所得SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜2200°C碳化膜的XRD圖；圖9是實(shí)驗(yàn)一所得聚酰亞胺復(fù)合薄膜2200°C碳化膜的截面圖；圖10是實(shí)驗(yàn)ニ所得SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜2200°C碳化膜的的截面圖；圖11是實(shí)驗(yàn)三所得SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜2200°C碳化膜的的截面圖；圖12是實(shí)驗(yàn)四所得SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜2200°C碳化膜的的截面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法按以下步驟進(jìn)行一、通過溶液共混法將O. 5 5g改性的SiC納米顆粒加入到IOOg聚酰胺酸溶液中，得到混合溶液，然后將混合溶液流延到玻璃板上，把玻璃板置于真空干燥箱內(nèi)，采用梯度升溫程序曲線進(jìn)行升溫固化，分別在60で、100で、200で及300°C恒溫2小時(shí)，升溫結(jié)束后，將玻璃板置于沸水中脫膜，得到SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜，SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜中SiC的質(zhì)量為SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜質(zhì)量的O. 5% 5% ;ニ、將步驟一得到的SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜裁剪后置于兩個(gè)疊加的石英片中間得到預(yù)燒樣品，然后將預(yù)燒樣品置于真空管式燒結(jié)爐中，再向真空管式燒結(jié)爐中通入惰性氣體，然后升溫至600°C 1000°C，再保溫O. 8 I. 5小時(shí)，得碳化樣品；三、將碳化樣品置于石墨化爐中，然后通入氬氣，以I 2°C /min的升溫速率，升溫至1600°C并恒溫I 2小時(shí)，再以I 2V /min的升溫速率，升溫至2200°C 2500°C并恒溫I 2小時(shí)，得到碳膜，完成采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜。本實(shí)施方式步驟一中所述改性的SiC納米顆粒的制備方法如下將SiC納米粉體置于盛有IOOml無水こ醇的三ロ燒瓶中，首先將該燒瓶置于超聲儀中進(jìn)行超聲30 60min，使其在無水こ醇中分散完全，將超聲完的燒瓶放入恒溫水浴鍋內(nèi)，保持溫度80 85°C，然后滴入O. 3ml的3-氨丙基三甲氧基硅烷(A-1110)，并進(jìn)行回流機(jī)械攪拌4 5小吋。待反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)完的溶液倒入50mL的離心管內(nèi)，放入離心機(jī)內(nèi)，在7000 8000r/min的離心速率下進(jìn)行離心分離，用無水こ醇洗滌后，放入干燥箱內(nèi)在70 75°C下進(jìn)行干燥，即得改性的SiC納米顆粒。
具體實(shí)施方式
ニ 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中通過溶液共混法將I 4. 5g改性的SiC納米顆粒加入到IOOg聚酰胺酸溶液中。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中通過溶液共混 法將2 4g改性的SiC納米顆粒加入到IOOg聚酰胺酸溶液中。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中所述SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜中SiC的質(zhì)量為SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜質(zhì)量的3. 5%。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟ニ中所述的惰性氣體為IS氣。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟ニ中升溫至650で 950で，再保溫0.9 1.4小時(shí)。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟ニ中升溫至700°C 900°C，再保溫I I. 3小時(shí)。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟ニ中升溫至800°C，再保溫I. 2小吋。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟三中再以1°C /min的升溫速率，升溫至2250°C 2450°C并恒溫I小吋。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟三中再以2V Mn的升溫速率，升溫至2300°C并恒溫2小吋。其它與具體實(shí)施方式
一相同。采用下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果實(shí)驗(yàn)ー采用聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法按以下步驟進(jìn)行—、將IOOg聚酰胺酸溶液流延到玻璃板上，把玻璃板置于真空干燥箱內(nèi)，采用梯度升溫程序曲線進(jìn)行升溫固化，分別在60で、100で、200で及300°C恒溫2小時(shí)，升溫結(jié)束后，將玻璃板置于沸水中脫膜，得到聚酰亞胺復(fù)合薄膜；ニ、將步驟一得到的聚酰亞胺復(fù)合薄膜裁剪后置于兩個(gè)疊加的石英片中間得到預(yù)燒樣品，然后將預(yù)燒樣品置于真空管式燒結(jié)爐中，再向真空管式燒結(jié)爐中通入惰性氣體，然后升溫至600°C 1000°C，再保溫O. 8小時(shí)，得碳化樣品；三、將碳化樣品置于石墨化爐中，然后通入氬氣，以1°C /min的升溫速率，升溫至1600°C并恒溫I小時(shí)，再以1°C /min的升溫速率，升溫至2200°C 2500并恒溫I小時(shí)，得到碳膜，完成采用聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜。不同溫度碳化后樣品的碳化收率表如表I :表I
權(quán)利要求
1.采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法，其特征在于采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法按以下步驟進(jìn)行 一、通過溶液共混法將O. 5 5g改性的SiC納米顆粒加入到IOOg聚酰胺酸溶液中，得到混合溶液，然后將混合溶液流延到玻璃板上，把玻璃板置于真空干燥箱內(nèi)，采用梯度升溫程序曲線進(jìn)行升溫固化，分別在60で、100で、200で及300°C恒溫2小時(shí)，升溫結(jié)束后，將玻璃板置于沸水中脫膜，得到SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜，SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜中SiC的質(zhì)量為SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜質(zhì)量的O. 5% 5% ; ニ、將步驟一得到的SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜裁剪后置于兩個(gè)疊加的石英片中間得到預(yù)燒樣品，然后將預(yù)燒樣品置于真空管式燒結(jié)爐中，再向真空管式燒結(jié)爐中通入惰性氣體，然后升溫至600°C 1000°C，再保溫O. 8 I. 5小時(shí)，得碳化樣品； 三、將碳化樣品置于石墨化爐中，然后通入氬氣，以I 2°C /min的升溫速率，升溫至1600°C并恒溫I 2小時(shí)，再以I 2V /min的升溫速率，升溫至2200°C 2500°C并恒溫I 2小時(shí)，得到碳膜，完成采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法，其特征在于步驟一中通過溶液共混法將I 4. 5g改性的SiC納米顆粒加入到IOOg聚酰胺酸溶液中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法，其特征在于步驟一中通過溶液共混法將2 4g改性的SiC納米顆粒加入到IOOg聚酰胺酸溶液中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法，其特征在于步驟一中所述SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜中SiC的質(zhì)量為SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜質(zhì)量的·3.5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法，其特征在于步驟ニ中所述的惰性氣體為氬氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法，其特征在于步驟ニ中升溫至650°C 950°C，再保溫O. 9 I. 4小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法，其特征在于步驟ニ中升溫至700°C 900°C，再保溫I I. 3小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法，其特征在于步驟ニ中升溫至800°C，再保溫I. 2小吋。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法，其特征在于步驟三中再以1°C /min的升溫速率，升溫至2250°C 2450°C并恒溫I小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法，其特征在于步驟三中再以2V /min的升溫速率，升溫至2300°C并恒溫2小吋。
全文摘要
采用碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備碳膜的方法，它涉及一種制備碳膜的方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有制備碳膜材料方法存在石墨化溫度較高、石墨化困難，及制備的碳膜脆性較大的問題。本方法如下一、將改性SiC納米顆粒加入到聚酰胺酸溶液中，得到混合溶液，攪拌均勻后涂覆于玻璃基板，采用梯度升溫程序進(jìn)行固化，降溫脫膜，獲得SiC/聚酰亞胺復(fù)合薄膜；二、采用氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣體，恒溫碳化制備出碳化樣品；三、將碳化樣品置于石墨化爐中，然后通入氬氣，升溫至石墨化溫度，恒溫石墨化后，降溫后得到石墨化的碳膜。本方法碳膜的力學(xué)性能更為優(yōu)良，SiC納米粒子的加入起到了催化石墨化和增韌作用，同時(shí)也提高了石墨化程度，有利用碳膜的性能提高和降低成本。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102838106SQ201210361698
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者李垚, 牛永安, 趙九蓬, 張秋明, 吳潔, 劉偉 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)