新型锆硅复相陶瓷先驱体的制备及性能

将四-二乙氨基锆(TDEAZ)和乙炔基苯胺封端的聚碳硅氮烷(PCSN)进行液相共混,制备含有Zr、Si元素的新型复相陶瓷先驱体(ZPCSN),并通过FT-IR对其结构进行表征,利用DSC与TGA分别探讨其固化行为及耐热性能;并通过XRD与EDS研究ZPCSN的陶瓷先驱体、耐高温陶瓷。陶瓷化性能结果表明,ZPCSN结构中含有C≡C键,在固化过程中交联形成致密的三维网状结构,赋予ZPCSN优异的耐热性能;在1 600℃氩气氛围中,ZPCSN裂解形成Zr C/Zr N/Si C/Si3N4多元复相陶瓷,保留率为67.92%,这表明ZPCSN具有优异的陶瓷化性能。     

SiC-ZrC陶瓷单组分前驱体树脂的制备与性能

通过Wurz-Fittig共缩聚反应合成了锆含量可调的聚锆硅烷树脂,作为Si C-Zr C陶瓷单组分前驱体。聚锆硅烷树脂具有聚合物基复合材料的加工工艺性能,具有热固化性(热固化温度110~200℃),在氩气气氛中于1 000~1 400℃高温裂解生成Si C-Zr C复相陶瓷(陶瓷产率60%)。聚锆硅烷树脂适合陶瓷基复合材料的聚合物浸渍裂解致密工艺(PIP)。基于前驱体聚合物的锆基复相陶瓷在空气中具有突出的耐高温氧化性,可望应用于超高音速大气层飞行器的耐高温、耐氧化陶瓷材料。     

液相先驱体制备C/C-TaC复合材料

采用液相先驱体,以3D针刺C/C多孔材料为反应基体,制备了C/C-TaC多元复合材料。采用XRD和SEM对C/C-TaC多元复合材料的相组成和显微结构进行了分析。结果表明,采用液相先驱体,以基体炭为炭源,简化了C/C-TaC制备工艺;经900℃预处理后,液相先驱体固化产物转化为纳米级别的Ta2O5,有助于TaC合成反应的进行;提高反应温度有助于减少中间产物影响,至2 000℃可得到晶化度较高的化学计量比TaC。     

高耐热氧化稳定性硅炔聚合物的制备与表征

以二甲基二氯硅烷(Me_2SiCl_2)、三氯乙烯(HClC=CCl_2)和正丁基锂(n-BuLi)为原料,通过偶联反应及LiAlH_4还原制备主链含有Si—C≡C的硅炔聚合物(PSA)。采用FT-IR和NMR对其结构进行表征,利用DSC与TGA分别探讨其固化行为及耐热性能;TGA测试表明,PSA树脂具有良好的耐热及热稳定性能,在氮气和空气气氛下T_(d5)(质量损失5%的温度)分别达到617℃和599℃,1 000℃时的质量保留率分别为86.6%和75.6%。通过XRD与Raman研究PSA的陶瓷化性能,陶瓷化性能结果表明,PSA结构中含有C≡C键,在固化过程中交联形成致密的三维网状结构,赋予PSA优异的耐热性能,且在1 600℃氩气气氛下得到高度结晶的SiC陶瓷。     

液态聚碳硅烷制备C/C-SiC复合材料抗烧蚀性能研究

采用液态聚碳硅烷(Liquid polycarbosilane,LPCS)为陶瓷先驱体,通过先驱体浸渍裂解(Precursor infiltration and pyrolysis,PIP)工艺,制备了C/C-SiC复合材料.LPCS先驱体的裂解行为采用热重分析(Thermogravimetry analysis,TG...     

陶瓷基复合材料界面相设计

综述了陶瓷基复合材料界面相的类型及作用，对SiC1／SiC陶瓷复合材料界面相的设计方法作了简要评述。在此基础上，用能使得纤维表面富碳的先驱体作为纤维涂层，制作了C1／SiC陶瓷基复合材料试样。结果表明，高温处理后，富碳涂层可减少纤维强度损失，使复合材料的强度和韧性同时得到提高。     

陶瓷盖板结构的应力分析

主要根据拉、压不同模量弹性力学理论,采用空间轴对称体有限元法,对多脉冲发动机的陶瓷盖板结构进行了应力分析。根据发动机的工作特点,在应力分析中考虑了动力响应的问题。为了得到符合工作要求的较为理想的陶瓷盖板结构形式,研究了盖板形状、尺寸大小、支承条件对应力分布的影响。     

液相先驱体转化法制备ZrC粉末及合成机理

以氯氧化锆、丙醇、丙三醇和乙酰丙酮等为基本原料合成了锆的有机先驱体溶液,采用液相先驱体转化法在1 500℃制备了ZrC粉末。运用FTIR对锆的先驱体溶液的组成、结构以及形成机理进行了分析,用XRD和EDS分析了粉末的形成机理,用SEM观察了粉末的形貌。结果表明,有机锆的先驱体溶液具有螯和的链状或网状结构;先驱体溶液干燥后的粉末呈蜂窝状结构,在不同热处理温度下获得面心立方的ZrC粉末。经过热力学计算结果表明,C还原锆的氧化物开始生成ZrC的最低温度为1594℃,实验温度低于理论温度,在1500℃时获得面心立方的ZrC材料。     

新型含硅芳基乙炔的固化及成炭机理研究

通过FTIR、DSC、TG和XRD等分析了新型含硅芳基乙炔树脂的组成、固化反应、炭化过程、炭化机理及热分解动力学.结果表明,树脂主链上含有Si元素,在222 ℃发生Diels-Alder固化反应;固化树脂的起始热分解温度为380 ℃,900 ℃的残留率为89.5%.热解动力学分析表明,树脂的炭化分为几个阶段,在250～445 ℃阶段,为引发阶段,结构变化小;450～725 ℃为热分解阶段,聚合物的主链破坏并转变为玻璃态炭结构;在830～855 ℃是芳环发生脱氢交联反应引起的放热阶段;860～895 ℃为碳化物逐渐向乱层石墨结构转变,此阶段以后热稳定性高.XRD和拉曼光谱表明, 1 500 ℃处理后出现SiC峰,2 200 ℃处理后出现石墨峰,表明材料在高温处理时可发生部分石墨化.     

碳纳米管增强YAST微晶玻璃连接C/C复合材料与LAS陶瓷

采用多壁碳纳米管(MWCNTs)增强YAST(Y2O3-Al2O3-SiO2-TiO2)微晶玻璃中间层的方法,以期改善LAS陶瓷/C-C复合材料接头的力学性能。实验中,采用原位生成碳纳米管和直接加入碳纳米管2种方法,制备出具有不同含量碳纳米管的中间层粉体,并将这些玻璃粉体作为中间层对C/C复合材料与LAS陶瓷进行热压连接。利用SEM、XRD等测试手段对接头的断口形貌、断口的物相组成进行了分析。研究结果表明,原位生成的碳纳米管在微晶玻璃基体中具有更好的分散性,其中间层断面具有明显的碳纳米管拔出现象,且无明显的贯穿性裂纹,其接头的平均剪切强度达到26.07 MPa。     

改性先驱体制备C/SiC复合材料性能研究

采用交联剂对聚碳硅烷(PCS)先驱体进行改性,以改性先驱体配置溶液制备了C/SiC复合材料。在制备过程中,由于改性先驱体较高的陶瓷产率,缩短了复合材料基体致密化周期,气孔率降低到7.2%,密度提升到2.01 g/m~3。在改善试样显微结构的同时,改性先驱体能够明显提升C/SiC复合材料力学性能,弯曲强度提高到459.4 MPa,断裂韧性提升到13.6MPa·m~(1/2),相比单组分PCS先驱体分别提高了51.9%和32.0%。烧蚀性能考核表明,试样的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为8.3×10~(-3) mm/s和4.3×10~(-3) g/s,相比单组分PCS制备的试样分别降低了85.7%和73.1%。通过对试样内部显微结构和考核后形貌进行分析,结果表明试样力学和烧蚀性能的提升主要得益于致密化的基体以及基体对纤维很好的保护作用。     

C/C-SiC的高温裂解温度对C/C-SiC-ZrC复合材料制备及性能的影响

以前驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备的C/C-SiC-ZrC复合材料为研究对象,研究了C/C-SiC的高温裂解温度对C/C-SiC-ZrC复合材料的密度、开孔率、力学性能和抗烧蚀性能的影响。结果表明,C/C-SiC的高温裂解处理导致复合材料失重,开孔率增大,便于后续的前驱体浸渍;随着浸渍裂解周期数增加,三种C/C-SiC-ZrC复合材料最终达到相近的密度和开孔率。不同的高温裂解温度影响C/C-SiC的力学性能,1500℃裂解后的C/C-SiC复合材料具有较好的力学性能,而1600～1700℃裂解后的C/C-SiC复合材料的力学性能有所下降;最终制备C/C-SiC-ZrC复合材料的力学性能较C/C-SiC复合材料均有所提高,界面的改善是材料力学性能提高的主要原因。SiC及ZrC陶瓷基体在高温下形成的ZrO_2-SiO_2玻璃态熔融层起到了抗氧化冲刷的作用,最终C/C-SiC-ZrC复合材料均具有优异的抗烧蚀性能。     

C／SiC陶瓷复合材料推力室的制备与性能表征

采用"化学气相渗透法 聚合物先驱体浸渍裂解法"(CVI PIP)混合工艺制备出连续炭纤维增强碳化硅陶瓷复合材料(3D C/SiC)推力室,综合考察了复合材料的机械性能、微观结构和气密性能,以及姿控、轨控发动机环境试验考核.结果表明,"CVI PIP"混合工艺制备C/SiC复合材料不仅工艺周期缩短,而且材料性能优异.复合材料密度达2.1 g/cm3,室温弯曲强度和断裂韧性(KIC)分别达到520 MPa和17.9 MPa·m1/2;而且断裂破坏行为呈现典型的韧性模式.C/SiC复合材料推力室的高温气密性、抗氧化和抗烧蚀性能通过了双燃料液体发动机试验考核.     

酚醛树脂溶液浓度对液相浸渍⁃碳化法制备 C/C复合材料浸渍效率的影响

以2.5D针刺炭毡为增强体,酚醛树脂为先驱体,采用液相浸渍-碳化法制备C/C复合材料。对酚醛树脂先驱体溶液的流变性能、凝胶性能、固化行为及失重行为等性能进行全面的分析,为后续工艺优化提供指导,研究了酚醛树脂溶液浓度对2.5D针刺炭毡浸渍效率的影响。结果表明,当浸渍温度为60℃时,酚醛树脂溶液的粘度在4 h的浸渍时间内保持在200 m Pa·s左右,在1.5 MPa下加压浸渍3 h,循环6个周期的浸渍固化炭化工艺过程后,浓度为75%的酚醛树脂溶液的浸渍效果较好,浸渍效率高。     

苯基硅橡胶/硅氮陶瓷前驱体复合绝热层烧蚀机理

采用甲基苯基聚硅氧烷(PMPS)与聚硅氮烷PNS-3为复合基体,气相法白炭黑和炭纤维为填充材料,制备了有机硅耐烧蚀复合材料,并采用氧乙炔焰烧蚀实验的方法研究了材料的烧蚀性能。在对烧蚀后的材料形貌SEM分析和采用XRD、FT-IR、EDS等方法进行了成分分析的基础上,发现加入聚硅氮烷后,苯基硅橡胶的烧蚀行为发生了变化,提出了氧化层、成炭层、陶瓷层、裂解层和基体五区域的新烧蚀模型,并对烧蚀机理进行了初步探讨。研究表明,绝热层在烧蚀过程中,氧化层主要组分是Si O2,起到隔绝氧化性气氛渗入的作用;氧化层下是新生成的耐高温、耐氧化的Si C陶瓷;成炭层坚硬致密起到了热防护的作用。     

C/SiC陶瓷基复合材料与铌合金钎焊机理研究

阐述了C/SiC陶瓷基复合材料与铌合金的活性钎焊连接方式,通过扫描电镜、金相分析等手段,研究了钛基和铜基活性钎焊料分别在C/SiC陶瓷基复合材料和铌合金上的润湿性,并分析了两种材料的钎焊连接界面的微观元素扩散特征。研究结果表明,陶瓷基复合材料与铌合金的活性钎焊机理主要是通过钎焊料中的活性元素分别向陶瓷和铌合金中扩散并发生化学反应,从而实现三者之间的良好键合。     

环氧化端羟基聚丁二烯室温固化及性能研究

针对环氧化端羟基聚丁二烯(EHTPB)中环氧基团难以室温固化的特性,探索了以钛酸酯偶联剂(TC-114)为固化剂实现EHTPB室温固化的固化工艺。采用红外光谱(FTIR)证明了TC-114中的P—OH能够使EHTPB的环氧基团在室温下开环固化,借助差示扫描量热法(DSC)研究了该固化体系的固化动力学特征,推导出该固化反应的表观活化能为40.76 kJ/mol。考察了TC-114用量、固化温度、EHTPB初始环氧值等对固化产物力学性能的影响规律。结果表明,当TC-114质量含量为24%、固化温度为50℃时,固化产物的力学性能最佳。     

一代全新的印制电路板：陶瓷印制电路板

随着LSI、VLSI技术和表面组装(SMT)技术的发展,以有机层压板材料、采用减成法工艺制成的传统印制电路板,正在向细线化、多层化、小孔化,以及全新的裸铜覆阻焊膜技术(SMOBC)的方向发展.与此同时,近年来又出现了以陶瓷为基板的新一代印制电路板.论述了此种电路板的特性、种类和应用.     

陶瓷基复合材料在火箭发动机上的应用

综述了连续纤维增强陶瓷基防热结构复合材料的研究现状、航天应用及制备方法 ,包括 Zr C、Hf C、Ta C基耐烧蚀复合材料 ,Si C、Si3 N4基热结构复合材料 ,Al2 O3 、Zr O2 基绝热复合材料     

脉冲发动机陶瓷隔板的设计和试验研究

提出了陶瓷隔板及其组件的设计方法,对陶瓷隔板结构进行应力计算,得到了符合工作要求的陶瓷隔板结构形式。对有无刻痕的2个陶瓷隔板进行了耐压和破碎试验,并对试验结果进行了分析。研究表明,采用可切削加工玻璃陶瓷材料设计的等厚度圆拱形隔板具有凸侧耐压高不易破碎、凹侧耐压低易破碎的特点,满足脉冲发动机隔板使用要求。隔板拱顶和隔板与预紧压盖接触边界附近为应力较大区域。有刻痕隔板虽未完全按刻痕破碎,但刻痕减小了隔板碎片形状和尺寸的随机性,有助于形成规则的破口形状。