Химический синтез прекерамических полимеров

Этот способ включает использование молекулярных прекурсоров, которые способствуют ускорению синтеза наноматериалов, содержащих фазы требуемого состава [35]. Использование химических реакций для получения прекерамических полимеров не только позволяет контролировать фазовые составы, но также помогают преодолеть ограничения по низкой производительности, характерные для физических способов. Этот метод очень полезен для получения неоксидной керамики, например SiC и Si₃N₄. Превращение органометаллического прекурсора в керамический материал зависит от различных параметров, таких как молекулярная структура прекурсора и условия азотирования (температура, среда, время). Карбиды и нитриды металлов можно получать пиролизом полимеров, содержащих соответствующие металлы: серебро, алюминий, углерод или азот (прекерамические полимеры). Недостатком способа становится значительное количество свободного углерода, образующегося в процессе термолиза.

Карбид кремния SiC и нитрид кремния Si₃N₄ являются более изученными материалами, получаемыми по данному способу. Они обычно синтезируются пиролизом при температуре 1000 − 1200°С из поликарбоксиланов и полисилазанов, основные формулы которых показаны ниже:

Поликарбоксиланы Полисилазаны

Наноразмерные порошки Si₃N₄ обычно получают реакцией SiCL₄ и NH₃ в n -гексане [35]. Первоначальными продуктами этой реакции являются Si(NН)₂ – диимид кремния и NH₄СI. Смесь продуктов (осадок) нагревали при 360 °С с последующей сублимацией NH₄Cl и полимеризацией Si(NH)₂. Термический пиролиз полимеризованного Si(NH)₄ приводит к получению ультрадисперсных частиц α-Si₃N₄ по следующей схеме:

В другом случае, для получения наночастиц композиционного материала Si₃N₄-SiC, химический синтез объединили с техникой ультра-звукового или лазерного распыления [36]. Жидкий прекурсор мономерного силазана получали взаимодействием метилдихлорсилана CН₃SiHCl₂ с аммиаком в диэтиловом эфире при 0 °С. Полученный продукт в основном состоял из циклического соединения [СН₃SiHNH] _n с некоторым количеством линейных структур и значением n = 4.

Этот жидкий прекурсор мономера превращался в промежуточную полимерную прекерамику, содержащую наночастицы Si–N–N, что достигалось поликонденсацией в среде усиленной плазмы и реакцией образования поперечных связей за счет ультрадисперсного инжектирования жидкого прекурсора в луч мощного промышленного СО₂-лазера.