聚硅氮烷的应用研究进展

量可 使纤 维短 时 间内 固化 ，为实 现纤 维材料 的大 杨 氏模量 达 到 １６０ ＧＰａ，该 力学 数 据 在 目前 报 道
规模 制备 提供 了可 能 Ｊ。
的 ＳｉＣＮ块体 陶瓷 中最 高 。
１．２ 用于 制备块 体 陶瓷材 料
１．３ 用 于制 备陶 瓷涂层
采用 聚合 物前 驱体法 制备 陶瓷 材料 具有 独特
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Ｓｉ—Ｃ—Ｎ材 料
ＳｉＣ／Ｓｉ Ｎ 材 料
图 １ 聚 硅 氮 烷 制 备 陶 瓷材 料 的 过程
１．１ 用 于制备 陶瓷 纤维 ２Ｏ世纪 年 代 ，聚 合 物 前 驱 体 制 备 ＳｉＣ纤 维
的兴 起 激 起 研 究 者 通 过 聚 硅 氮 烷 制 备 Ｓｉ Ｎ 、 Ｓｉ，Ｎ ／ＳｉＣ或 ＳｉＣＮ纤维 的兴趣 。 目前 ，研 究 者 已 对 聚硅氮 烷 的可纺 性 、纺丝 工艺 、不熔 化处 理方 式 、裂解 方 法等有 了较 深刻 的认识 ，但 之前 的研 究集 中在 熔 融纺丝 上 。采用 液体 聚硅 氮烷制 备纤 维需 要 聚硅氮 烷具 有较 高 的黏度 以便 于纺 丝 ；同
ｌ 聚硅 氮 烷 作 为 陶 瓷前 驱 体
通 过裂解 聚 合 物 得 到 陶 瓷 材 料 的 方 法 （见 图 １）相 比传 统 的无 机 粉末烧 结 法 具有 独 特 的优 势 ，如 ：可利 用 聚 合 物 的成 型方 式 制 备 陶 瓷 材 料 ，工艺 性好 ；通 过聚合 物分 子设 计 能得 到化学 组成 和结 构不 同 的陶瓷 材料 。
技 术进展
哺讯·ｌ材料，２０１３，２７（３）：２１６～２２２ ＳＩＬＩＣＯＮＥ Ｍ ＡＴＥＲＩＡＬ
聚 硅 氮 烷 的 应 用 研 究 进 展
张 宗波 ， 曾 凡 ，罗永 明 ，徐 彩虹
（中 国科 学 院 化学 研 究 所 ，北 京 １００１９０）
摘 要 ：在 简要 介 绍 聚硅 氮烷 发 展 历程 的基 础 上 ，综 述 了 聚硅 氮 烷 的 应 用研 究 进 展 ，主 要 包 括 纤 维 、 涂
尽 管如 此 ，经过 近一 个世 纪 的发展 ，已开 发 出商业 化 聚硅 氮 烷 产 品 ，如瑞 士 Ｃｌａｒｉａｎｔ、 Ｅｔ本 Ｔｅｏｎ、英 国 ＡＺ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ的全 氢 聚硅氮
烷 ；美 国 ＫｉＯＮ 牌 号 为 “ｃｅｒａｓｅｔ” 的 聚 脲 硅 氮 烷 、聚硅 氮 烷 ；另 外 ，美 国 Ｄｏｗ Ｃｏｍｉｎｇ公 司 、 德 国 Ｂａｙｅｒ也 有 部 分 聚 硅 氮 烷 的 产 品 ；在 国 内， 本 所 开 发 出 ＰＳＮ 系列 聚 硅 氮 烷 。聚 硅 氮 烷 的成 功商 品化 推动 了其 在各 方面 的应用 研究 ，其 中作 为陶瓷 前驱体 的研 究最 为丰 富 。
时黏度 又不可 随温 度变化 太快 ，否 则 工作窗 口太 窄 。液态 聚 脲 硅 氮 烷 （ＰＵＶＭＳ）经 过 烷 氧 基 锆 改性后 ，其 可纺性 提高 ，所 制备 的 陶瓷纤 维含 少 量 ＺｒＯ ，拉伸 强度在 １．８５ ＧＰａ以上 。ｚｒ元 素 的
收稿 日期 ：２０１２—１１—０９。 作 者 简 介 ：张 宗 波 （１９８４一 ），助 理研 究 员 ，主 要从 事 有 机 硅材料 的研究工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｏｎｇｂｏ＠ｉｃｃａｓ．ａｓ．ｃａ。 ｝基金项 目：国家 自然科学基金 项 目 （５０９７３１１３），９７３计 划项 目 （２０１０ＣＢ９３４７０５，２０１２ＣＢ９３３２０）。
层、块体 、多孔 陶瓷、微 电子机械 系统 （ＭＥＭＳ） 等应用形 式 ，并结合 本课题 组在聚硅 氮烷方 面的研 究成
果 展 望 了聚硅 氮烷 的 发 展 前 景 。
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关 键 词 ：聚 硅 氮烷 ，陶 瓷 ，前 驱 体 ，纤 维 ，涂 层 ， 陶 瓷块 体 ， 多孔 陶瓷 ，微 电子 机 械 系统
对 于用有 机 聚硅氮 烷制 备 陶瓷涂 层 的研究 已
中 图分 类 号 ：０６３４．４ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００９—４３６９ （２０１３）０３—０２１６—０７
聚硅氮烷 是一 类 主链 以 ｓｉ— Ｎ键 为 重复 单元 的无 机 聚 合 物 。 自 １９２１年 Ａ．Ｓｔｏｃｋ等 人 首 次 报 道 采 用 氨 气 氨 解 氯 硅 烷 制 备 聚 硅 氮 烷 以来 Ｊ， 研 究 者对 聚硅 氮烷 的研 究 已持续 了近 一 个 世纪 。 相 比其类 似聚 合物—— 主链 以 ｓｉ一 ０链 为 重复 单 元 的聚 硅 氧 烷 ，聚 硅 氮 烷 的开 发 和应 用 逊 色 很 多 。其 主要原 因有 两个 ：一是 大部 分 聚硅氮 烷相 对 活泼 ，与水 、极 性化 合物 、氧 等具有 较高 的反 应 活性 ，因此 保存 和运 输较 困难 ；二是 聚硅 氮烷 的制备 方法 尚不 完善 ，并不 能有 效地 对反 应产物 进 行控 制 ，反应 产物 复杂 ，摩尔 质量 偏低 。
第 ３期
张宗 波等 ．聚硅 氮 烷 的应 用 研究 进 展
加 入 降低 了材料 Байду номын сангаас 自由碳 的含 量 ，从 而 提高 了其
压 力浇 铸法 是 将 液 体 聚硅 氮 烷 浇 人 模 具 中 ，
抗 氧化 能力 ，因而 这 种 ＳｉＣＮ—ＺｒＯ 陶瓷 材 料 的 然 后 放 入 密 闭容 器 ，在 加 压 及 ４００ ℃ 条 件 下 固
氧 化速率 常数 低 于 ＳｉＣＮ本 体 材料 Ｊ。关 于 不 熔 化 ，固化样 品 再 在 惰 性 气 氛 ：１０００ ℃ 条 件 下 裂
化 处理方 面 ，最 近 Ｇ．Ｍｏｔｚ等人 提 出 了 电子 辐 射 解 ９ ｈ，得 到 ＳｉＣＮ陶瓷块 体材 料 。这样 得到 的样 交联 固化 聚硅 氮烷 纤维 的方 法 ，通过 改变 电子 束 品的弯 曲强 度 达 到 １．１ ＧＰａ，硬 度 达 到 ２６ ＧＰａ，