本申請(qǐng)涉及碳化硅制備，特別是涉及一種納米碳化硅微球及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、環(huán)氧樹(shù)脂憑借其優(yōu)異的絕緣性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在電子電氣、航空航天等領(lǐng)域廣受青睞。然而，環(huán)氧樹(shù)脂本身導(dǎo)熱性能較差，在高功率密度的電子器件中易引發(fā)熱量積累，從而影響器件的使用壽命和可靠性。為了增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂的導(dǎo)熱能力，通常需要添加具有優(yōu)異導(dǎo)熱性能的填料。

2、碳化硅因其卓越的導(dǎo)熱性、耐高溫性和化學(xué)穩(wěn)定性而備受矚目，被廣泛應(yīng)用于增強(qiáng)高分子材料的導(dǎo)熱性能。碳化硅的導(dǎo)熱主要通過(guò)聲子的非諧振彈性波經(jīng)過(guò)連續(xù)體進(jìn)行傳播，普通納米碳化硅填料不規(guī)則，存在團(tuán)聚嚴(yán)重和分散性差的問(wèn)題，難以充分發(fā)揮其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能。因此，制備單分散的納米碳化硅微球，提高其在環(huán)氧樹(shù)脂基體中的分散性，從而有效增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂的導(dǎo)熱性能，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

3、碳化硅納米粉體的制備方法主要包括溶膠-凝膠法、激光誘導(dǎo)氣相反應(yīng)合成法、熱化學(xué)氣相反應(yīng)法等，存在工藝復(fù)雜、成本高昂、產(chǎn)品團(tuán)聚嚴(yán)重等問(wèn)題，難以獲得單分散的納米碳化硅微球，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

4、因此，迫切需要開(kāi)發(fā)單分散的納米碳化硅微球的制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本申請(qǐng)的主要目的是提供一種單分散的納米碳化硅微球的制備方法，無(wú)需復(fù)雜工藝設(shè)備即可制備得到高結(jié)晶度和高純度的單分散的納米碳化硅微球，其在環(huán)氧樹(shù)脂中具有良好的分散性，可有效提升環(huán)氧樹(shù)脂的導(dǎo)熱性能，實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹(shù)脂在高功率密度電子器件領(lǐng)域中的應(yīng)用。

2、本申請(qǐng)的第一個(gè)方面，提供了一種納米碳化硅微球的制備方法，包括如下步驟：

3、將含芳香基團(tuán)的有機(jī)硅前驅(qū)體、硅酸酯和溶劑混合，形成混合溶液；

4、將所述混合溶液依次進(jìn)行酸水解、堿水解和固化反應(yīng)，干燥，制備前驅(qū)體粉末；

5、將所述前驅(qū)體粉末在第一惰性氛圍下進(jìn)行熱處理，制備碳硅氧復(fù)合粉體；

6、將所述碳硅氧復(fù)合粉體在第二惰性氛圍下進(jìn)行預(yù)晶化和晶化處理，除游離碳，除二氧化硅，制備所述納米碳化硅微球；所述熱處理的溫度為600-900℃；所述預(yù)晶化的溫度為1000-1150℃；所述晶化處理的溫度為1300-1600℃。

7、在一些實(shí)施例中，所述含芳香基團(tuán)的有機(jī)硅前驅(qū)體包括苯基硅烷、羥基三苯基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷和甲基苯基二乙氧基硅烷中的至少一種；

8、和/或，所述硅酸酯包括正硅酸甲酯、硅酸四乙酯、硅酸四苯酯、原硅酸四丙酯和正硅酸異丙酯中的至少一種。

9、在一些實(shí)施例中，所述含芳香基團(tuán)的有機(jī)硅前驅(qū)體與所述硅酸酯的摩爾比為1:0.1-0.8。

10、在一些實(shí)施例中，預(yù)晶化的時(shí)間、晶化處理的時(shí)間和熱處理的時(shí)間各自獨(dú)立地為1-5h。

11、在一些實(shí)施例中，所述混合溶液中硅元素的濃度為0.3-1mol/l；

12、和/或，所述溶劑包括甲醇、乙醇和異丙醇中的至少一種；

13、和/或，所述酸水解包括如下條件：酸的添加量為0.1-1mol/l；

14、和/或，所述堿水解包括如下條件：堿的添加量為1-10mol/l；

15、和/或，所述第一惰性氛圍采用氮?dú)夂?或氬氣；

16、和/或，所述第二惰性氛圍采用氬氣；

17、和/或，所述除游離碳包括如下條件：在空氣氛圍下600-800℃保溫3-6h；

18、和/或，所述除二氧化硅包括如下條件：采用20-40wt%濃度的hf水溶液作為刻蝕劑，在30-60℃處理10-120min。

19、在一些實(shí)施例中，所述酸水解包括如下條件：在30-50℃下以轉(zhuǎn)速400-800r/min攪拌30-180min；

20、和/或，所述堿水解包括如下條件：在30-50℃下以轉(zhuǎn)速400-800r/min攪拌20-60min。

21、本申請(qǐng)的第二個(gè)方面，提供了第一方面所述的制備方法制備得到的納米碳化硅微球。

22、本申請(qǐng)的第三個(gè)方面，提供了第二方面所述的納米碳化硅微球在含環(huán)氧樹(shù)脂的復(fù)合材料中的應(yīng)用。

23、本申請(qǐng)的第四個(gè)方面，提供了一種環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，包括環(huán)氧樹(shù)脂基體以及分散于所述環(huán)氧樹(shù)脂基體中的第二方面所述的納米碳化硅微球。

24、本申請(qǐng)的第五個(gè)方面，提供了一種電子器件，含有第二方面所述的納米碳化硅微球或第四方面所述的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。

25、本申請(qǐng)的有益效果：

26、1、本申請(qǐng)采用含芳香基團(tuán)的有機(jī)硅前驅(qū)體與硅酸酯協(xié)同組裝策略，經(jīng)溶膠-凝膠制備硅凝膠后，先低溫定向裂解芳香基團(tuán)生成高活性游離碳物種，以納米尺度均勻嵌入硅氧網(wǎng)絡(luò)，為后續(xù)碳熱還原提供充分接觸界面，并構(gòu)建具有剛性芳香環(huán)修飾的復(fù)合硅氧烷網(wǎng)絡(luò)，在惰性保護(hù)氣氛中進(jìn)行兩段式晶化處理，完成界面碳熱還原反應(yīng)，經(jīng)除游離碳和除二氧化硅步驟去除未反應(yīng)的游離碳和硅后，可獲得高結(jié)晶度和高純度的單分散的納米碳化硅微球。

27、2、本申請(qǐng)的制備方法無(wú)需嚴(yán)格調(diào)控硅碳比和復(fù)雜工藝設(shè)備，即可制備得到高結(jié)晶度和高純度的單分散的納米碳化硅微球，其具有改善的導(dǎo)熱性能和機(jī)械強(qiáng)度，在環(huán)氧樹(shù)脂中具有良好的分散性，可有效提升環(huán)氧樹(shù)脂的導(dǎo)熱性能，實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹(shù)脂在高功率密度電子器件領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種納米碳化硅微球的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述含芳香基團(tuán)的有機(jī)硅前驅(qū)體包括苯基硅烷、羥基三苯基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷和甲基苯基二乙氧基硅烷中的至少一種；

3.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述含芳香基團(tuán)的有機(jī)硅前驅(qū)體與所述硅酸酯的摩爾比為1:0.1-0.8。

4.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，預(yù)晶化的時(shí)間、晶化處理的時(shí)間和熱處理的時(shí)間各自獨(dú)立地為1-5h。

5.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述混合溶液中硅元素的濃度為0.3-1mol/l；

6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述酸水解包括如下條件：在30-50℃下以轉(zhuǎn)速400-800r/min攪拌30-180min；

7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的納米碳化硅微球。

8.如權(quán)利要求7所述的納米碳化硅微球在含環(huán)氧樹(shù)脂的復(fù)合材料中的應(yīng)用。

9.一種環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其特征在于，包括環(huán)氧樹(shù)脂基體以及分散于所述環(huán)氧樹(shù)脂基體中的權(quán)利要求7所述的納米碳化硅微球。

10.一種電子器件，其特征在于，含有權(quán)利要求7所述的納米碳化硅微球或權(quán)利要求9所述的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種納米碳化硅微球及其制備方法和應(yīng)用，屬于碳化硅制備技術(shù)領(lǐng)域。本申請(qǐng)采用含芳香基團(tuán)的有機(jī)硅前驅(qū)體與硅酸酯協(xié)同組裝策略，經(jīng)溶膠?凝膠制備硅凝膠后，先低溫定向裂解芳香基團(tuán)生成高活性游離碳物種，以納米尺度均勻嵌入硅氧網(wǎng)絡(luò)，為后續(xù)碳熱還原提供充分接觸界面，并構(gòu)建具有剛性芳香環(huán)修飾的復(fù)合硅氧烷網(wǎng)絡(luò)，在惰性保護(hù)氣氛中進(jìn)行兩段式晶化處理，完成界面碳熱還原反應(yīng)，經(jīng)除游離碳和除二氧化硅步驟去除未反應(yīng)的游離碳和硅后，無(wú)需嚴(yán)格控制硅碳比和復(fù)雜工藝設(shè)備可獲得高結(jié)晶度和高純度的單分散的納米碳化硅微球，其具有改善的導(dǎo)熱性能和機(jī)械強(qiáng)度，可有效提升環(huán)氧樹(shù)脂的導(dǎo)熱性能，實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹(shù)脂在高功率密度電子器件領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：毛帥,江必旺
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州納微先進(jìn)微球材料應(yīng)用技術(shù)研究所有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22