聚硅乙炔改性硅硼碳氮前驱体的合成与性能研究

以聚硅乙炔(PMSA)为交联剂,改性硅硼碳氮(SiBCN)陶瓷前驱体,对前驱体的合成与裂解行为进行了详细研究.该前驱体陶瓷产率高(＞80wt％),并且陶瓷产物致密、抗氧化性能优良.采用FT-IR对改性前驱体的结构进行了表征,采用DSC、TGA、XRD、马弗炉煅烧等方法对改性前驱体固化行为及其裂解产物的高温稳定性能、抗氧...     

碳纤维增强SiBCN 陶瓷基复合材料的制备及性能

以自制的聚硼硅氮烷(P-SiBCN)为基体聚合物利用前驱体浸渍裂解技术(PIP)制备了二维碳纤维增强SiBCN陶瓷基复合材料,并对其力学性能进行了初步研究.经8次浸渍-裂解,所得复合材料室温弯曲强度为334 MPa,800℃/氩气条件下弯曲强度367 MPa.该复合材料未经抗氧化防护处理情况下,800℃静态空气中氧化3h后,强度保留率约为60％.     

SiCO陶瓷隔热复合材料TaSi2-MoSi2硼硅酸盐玻璃涂层制备与性能

为了提高SiCO陶瓷隔热复合材料的抗氧化抗热震性能,通过刷涂法制备SiCO陶瓷隔热复合材料TaSi_2-MoSi_2硼硅酸盐玻璃涂层,借助扫描电镜、X射线衍射等手段对硼硅酸盐玻璃含量分别占23%、31%、38%、41%的涂层进行微观形貌和相组成分析,对不同含量的涂层进行1 500℃氧化5 min,取出后冷却至室温的重复循环试验。结果表明:在循环次数达到25次,氧化总时间达到125 min后,硼硅酸盐玻璃含量占38%的TaSi_2-MoSi_2硼硅酸盐玻璃涂层表面具有最少的孔洞和裂纹,涂层的失重率为-2.1%,说明该涂层具有最好的抗氧化和抗热震性能。。     

热载荷下热障涂层表面裂纹-界面裂纹的相互作用

针对热障涂层在热循环载荷下陶瓷层表面和氧化层/黏结层界面形成裂纹而导致涂层失效的问题,采用扩展有限元和内聚力单元建立陶瓷层表面裂纹与氧化层/黏结层界面裂纹相互作用的有限元模型,得到不同裂纹附近应力分布和开裂程度,分析了这2种裂纹之间的相互影响,结果表明:表面裂纹对界面裂纹影响较大,而界面裂纹对表面裂纹影响较小;氧化层几何参数以及材料参数对2种裂纹演变的影响研究结果表明:氧化层正弦幅值和厚度主要影响界面裂纹,在热载荷下,氧化层越粗糙,界面裂纹扩展速度越快。黏结层弹性模量主要影响界面裂纹扩展程度,而陶瓷层弹性模量主要影响表面裂纹扩展程度,对界面裂纹间接地产生较大影响。     

ZrB2 及其复合陶瓷的高温抗氧化性能

综述了ZrB_2及其复合陶瓷的高温氧化行为,认为ZrB_2陶瓷是一种优异的高温结构材料,其氧化失效是由于氧化产物B_2O_3保护层挥发失效而导致的;二元陶瓷ZrB_2-SiC由于SiC的加入,高温抗氧化性能大大提高,并对其在不同温度下的氧化物结构进行了阐述。在此基础上提出了进一步提高ZrB_2-SiC陶瓷抗氧化性能和服役温度的方法,并以添加TaC和LaB_6形成三元复相陶瓷为例进行了说明。     

静态氧化过程中热障涂层的剥落机理

采用静态氧化试验方法,评定了采用阴极电弧镀方法制备ＮｉＣｒＡｌＹ粘结层、电子束物理气相沉积方法制备Ｙ－ＰＳＺ陶瓷层的热障涂层在１１００℃的抗氧化性能。重点研究了粘结层表面预处理方法对陶瓷面层剥落模式及失效界面特征的影响,考察了１１００℃静态氧化过程中涂层的氧化动力学和相结构的变化,讨论了引起陶瓷面层剥落失效的机理。试验结果显示,在本试验条件下,粘结层氧化是陶瓷面层剥落失效的主要原因,这与表面预处理不当导致的粘结层抗氧化性能下降有关。     

Y-La添加对镍基单晶高温合金界面反应及循环氧化行为的影响

在第二代镍基单晶高温合金中复合添加Y-La,经定向凝固后得到5.26×10–4%(质量分数)Y+6.05×10–4%La和47.64×10–4%Y+69.09×10–4%La的两种Y-La含量合金铸件,研究Y-La对合金定向凝固过程中合金熔体与Al2O3基陶瓷间的界面反应行为以及合金在1100℃下循环氧化时抗氧化性能的影响。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪等研究合金熔体与陶瓷材料间的界面组织形貌及界面反应产物成分以及循环氧化后合金表面氧化物的组织形貌、元素组成和相关物相。结果表明:Y-La含量增加会促进合金熔体与陶瓷间的界面反应,使得界面反应层更厚,更复杂;反应产物主要是含Y、La的氧化物;Y-La添加明显提高了合金的抗氧化性能,减少合金表面氧化膜的剥落;但Y-La过量会恶化合金的抗氧化性能,加快合金的氧化增重速率;合金表面氧化膜剥落痕迹明显,孔洞较多且内氧化严重。     

双陶瓷层热障涂层3.5％Y2O3-La2(Zr0.7Ce0.3)2O7/YSZ研究

采用EB-PVD沉积了3.5％Y2O3-La2(Zr0.7Ce0.3)2O7(3.5Y-LZ7C3)/YSZ双陶瓷热障涂层,分析了涂层的成分、相结构、组织形貌和热循环氧化性能.研究表明:La2(Zr0.7Ce0.3)2O7(LZ7C3)材料中掺杂Y2O3能有效地降低涂层中La2O3/ZrO2/CeO2的成分偏差;双陶瓷涂层在1050℃下氧化增重动力学为M=0.1219t1/3,相比抛物线型YSZ涂层的氧化增重曲线,较大减缓了氧化速度;沉积态双陶瓷涂层表面结构(即3.5Y-LZ7C3涂层结构)为烧绿石结构,经过热循环后逐渐分解,出现了萤石结构以及La2O3的衍射峰;在1050℃双陶瓷层热循环氧化寿命达768h.     

3D打印用硅基陶瓷前驱体研究进展北大核心CSCD

聚合物前驱体转化法可使用聚合物的成型加工工艺实现陶瓷材料的加工制备,在高性能陶瓷和复合材料制备方面显示出独特的优势。3D打印技术在陶瓷前驱体成型中的应用为制备复杂结构陶瓷制件提供了全新的可能。本文从3D打印硅基陶瓷前驱体树脂体系、打印技术及其应用等方面,系统总结了近年来3D打印制备SiCO、SiCN、SiC及含B、Zr等元素硅基陶瓷材料前驱体的研究进展,并进一步指出了3D打印陶瓷前驱体面临的挑战与研究方向。     

Cf/ZrB2-SiC复合材料的高温氧化行为及机理

将不同比例的ZrB2和SiC粉体充分混合,并在其中均匀分散短切碳纤维(约2 cm),采用热压烧结工艺制备出具有不同ZrB2/SiC比例的短切碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料.SiC可显著促进ZrB2陶瓷的烧结致密化程度,添加了18 vol%SiC的ZrB2在1850℃下热压烧结,致密度达96%以上.对该复合材料分别在1000、1200及1400℃下进行静态氧化实验.结果表明,试样在氧化过程中其表面生成的硼硅酸盐玻璃和ZrO2、SiC等物质在表面形成一层有效的保护膜,因而能够有效阻止材料的进一步氧化.同时,随氧化温度升高和时间延长,氧化过程中形成的硼硅酸盐玻璃量增加,可更有效的覆盖材料表面,提高材料抗氧化能力.     

氮化物基陶瓷高温透波材料的研究进展

氮化物基陶瓷材料具有高强度、高模量、耐高温、抗热震和透波等优异的综合性能,是高温透波构件的主要候选材料,目前应用报道较少,制备工艺和性能有待进一步完善和提高。本文综述了氮化物陶瓷、氮化物复相陶瓷及氮化物陶瓷基复合材料的研究现状,发现多孔氮化硅陶瓷、BN-Si3N4复相陶瓷和BNw/Si3N4复合材料的综合性能较为优异,可达到介电常数低于5,介电损耗低于0.01,室温弯曲强度高于200 MPa的水平。本文分析了氮化物基陶瓷高温透波材料研究的现存问题,主要是力学性能与介电性能难以协同提高;最后对高温透波材料体系的选择及其制备工艺的未来发展方向进行了展望。     

无水溶胶-凝胶法制备非氧化物陶瓷的研究进展

综述了基于氨解、胺解以及碳化二亚胺化三类反应的无水相溶胶-凝胶方法在制备SiCN、B(C)N、SiN、BN等非氧化物陶瓷材料方面的研究进展,并对其前景进行了展望。     

陶瓷材料的微波烧结机理探讨

本文根据部分陶瓷材料的微波烧结实验结果和微波加热的特点，对陶瓷材料的微观结构进行了分类，分析了电场在不同结构中的分布特点。提出了微波加热的微区温度梯度模式，以及微波连接的液相连接方式，并据之对实验结果给出了合理的分析和解释。     

Excellent electromagnetic wave absorption of MOF/SiBCN nanomaterials at high temperature

Electromagnetic wave absorbing materials at high-temperature are urgently needed for stealth aircrafts or aero-engines worked in harsh environments. In this contribution, cobalt-containing siliconboron carbonitride (MOF/SiBCN) nanomaterials were prepared by pyrolyzing metal–organic framework, i.e. cobalt 2-methylimidazole (ZIF-67), and hyperbranched polyborosilazane. The rhombic dodecahedral ZIF-67 and cobalt element promoted in situ formation of dielectric loss phases, including SiC nanocrystals, CoSi nanocrystals and turbostratic carbons. The ZIF-67/SiBCN nanomaterials showed excellent microwave absorption both at room and elevated temperature. The minimum reflection coefficient (RC_min) was −51.6 dB and effective absorption bandwidth (EAB) is 3.93 GHz at room temperature. At an elevated temperature of 600 °C, the RC_min reached −30.29 dB and EAB covered almost the whole X-band (3.95 GHz, 8.45–12.4 GHz). The ZIF-67/SiBCN nanocomposites are promising and useful platform for microwave absorbing materials at high-temperature. It may shed light on the downstream applications in designing next generation areo-engines and stealth aircrafts.     

热障涂层中TGO的生长行为

采用等离子喷涂法在高温合金IC10上先后沉积粘结层为NiCrAlYSi,陶瓷层为Sc2O3-Y2O3-ZrO2的样品。样品在热循环炉中1100°恒温氧化,观察样品不同氧化时间的断面形貌,并绘制了样品的增重曲线,以此分析高温时TGO的生长过程。     

不同配比的二乙烯基苯/聚碳硅烷热交联对SiC陶瓷显微结构的影响

研究了不同配比的二乙烯基苯(DVB)／聚碳硅烷(PCS)热交联对陶瓷显微结构的影响。通过加热的方法调节体系粘度，满足了降低DVB配比条件下的交联工艺要求。结果表明：交联中适当地降低DVB配比，可增加交联产物的致密化程度，从而增加SiC陶瓷的致密化程度，有利于陶瓷显微结构的改善。     

C/C—SiC复合材料的制备与性能

采用化学气相渗透（CVI）法和液相浸渍有机物先驱体混合工艺制备了C／C－SiC复合材料，并对复合材料力学性能、抗烧蚀性能和抗氧化性能进行表征。结果表明：制备的C／C－SiC复合材料在基本保证C／C复合材料力学性能的基础上，抗氧化和抗烧蚀性能得以大幅度提高，提出了制备兼具C／C复合材料与陶瓷材料的技术途径。     

BN/SiBCN light-leakage-proof coatings of silica optical fiber for long term sensors at high temperatures

SiBCN and BN/SiBCN light-leakage-proof coatings were prepared on silica optical fibers for sensing applications at high temperatures. Scanning electron microscopy was used to characterize the surface morphology and microstructure of the coated fiber. Mechanical and optical properties of the coated fiber were characterized by Raman, optical and tensile tests. Compared with the original fiber, the tensile strength of SiBCN and BN/SiBCN coated fiber show an increase of about 60% and 90% at room temperature, respectively. In addition, the tensile strength of BN/SiBCN coated silica optical fiber was increased by about 42% at 700 °C. It has been found that the improvement of the strength of BN/SiBCN coated silica optical fiber is related to the healing of defects and residual compressive stress in fibers. From the light transmittance performance of the coated fiber, it was found that BN/SiBCN double coating could be an ideal total reflection solution to protect silica optical fiber from light leakage during high temperature sensing operation.