浸渍工艺对先驱体转化制备Cf/SiC复合材料结构与性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)为先驱体制备了3D-B Cf/SiC复合材料,研究了不同浸渍工艺对材料力学性能的影响.结果表明采用加热加压浸渍可以大大提高先驱体的浸渍效率,提高所制备材料的密度,从而明显提高Cf/SiC复合材料的力学性能.选用加热加压浸渍条件所制备的材料密度达到1.944g/cm3,室温弯曲强度达到662MPa,在1650℃(真空)和1800℃(真空)下测试,材料的弯曲强度分别为647MPa和609MPa.     

碳纤维编织物中真空浸渍引入SiC微粉的工艺研究

采用真空浸渍法在碳纤维编织物中预先引入SiC微粉,以缩短先驱体浸渍裂解制备碳纤维三维编织物(3D BCf)增强SiC陶瓷基复合材料的制备周期,考察了微粉粒度、浆料SiC/无水乙醇(EtOH)质量比等参数对引入SiC微粉体积分数的影响。结果表明,当SiC微粉粒度为 0. 4μm,浆料SiC/EtOH质量比为 1∶1和 1∶2时真空浸渍效果较佳,在碳纤维编织物中引入SiC微粉的体积分数可达 10%左右,缩短了先驱体浸渍裂解制备Cf/SiC复合材料的致密化周期,在相同浸渍裂解周期下,可提高材料的力学性能。     

先驱体浓度、工艺温度及惰性填料对先驱体高温连接陶瓷材料性能的影响

对先驱体硅树脂高温(800～1400℃)转化陶瓷接头连接石墨、SiC陶瓷及Cf/SiC复合材料进行了研究,着重对硅树脂固化裂解过程、硅树脂溶液浓度、裂解温度及惰性填料对连接性能的影响进行了探讨.研究表明,硅树脂的交联固化主要是通过消耗Si-OH来完成,先驱体溶液的浓度及裂解温度根据基材的不同而有不同影响,适当加入惰性填料SiC可以提高硅树脂对Cf/SiC复合材料的连接性能.     

2DCf／SiC-Si复合材料的制备和性能研究

针对短时高温抗氧化的具体环境,采用先驱体转化工艺制备2D Cf/SiC-Si复合材料.首先考察首周期裂解温度对2D Cf/SiC-Si材料力学性能的影响,结果表明,首周期采用1200℃裂解,所制备的2D Cf/SiC-Si复合材料界面结合较好,弯曲强度和断裂韧性分别达到305.4MPa和15.7 MPa·m1/2.在此基础上研究了Si粉含量对材料性能的影响.结果表明,随着Si含量的增加,2D Cf/SiC-Si材料的力学性能稍有降低,而抗氧化性能明显提高,主要原因在于材料中游离碳含量的降低和Si氧化后生成的具有封填裂纹和隔氧作用的SiO2膜.     

以一种新型先驱体制备SiC/SiC复合材料高温弯曲性能研究

以新型先驱体LPVCS(含乙烯基液态聚碳硅烷)为原料,以经CVD裂解碳(PyC)界面改性的KD-1型SiC纤维作为增强相,采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备三维编织SiC/SiC复合材料,并对其室温及1300℃弯曲性能测试表征。试验结果表明,采用LPVCS为先驱体制备SiC/SiC复合材料,降低了材料制备周期,且9个周期后材料密度达到2.14g/cm3,开孔率为10.8%。在1300℃空气环境中,SiC/SiC复合材料弯曲强度达到470.2MPa,断裂韧性达到20.7MPa·m1/2。采用扫描电镜对SiC/SiC复合材料1300℃下断口形貌进行观察,SiC纤维存在一定拔出;断口表面存在较为严重的氧化现象,这是导致材料弯曲强度降低的主要原因。     

聚硅氧烷封孔处理对Cf／SiC复合材料抗氧化性能的影响

以室温粘度低的液态聚硅氧烷为原料,采用真空 加压浸渍交联工艺对Cf/SiC复合材料进行了封孔处理。研究了封孔效果及封孔处理对Cf/SiC复合材料短时间抗氧化性能的影响。结果表明,聚硅氧烷能够有效封填材料中微孔,提高Cf/SiC复合材料的致密度,同时明显提高Cf/SiC复合材料的短时间抗氧化性能。经封孔处理的Cf/SiC复合材料在1500℃空气中氧化10min后,材料强度保留率由处理前的67%提高到了95%,质量保留率由处理前的91.9%提高到99.1%。聚硅氧烷在裂解过程中会消耗氧以及裂解产物SiO2在高温下的流动能愈合孔隙,从而阻碍O2向材料内部扩散是抗氧化性能得以提高的原因。     

纤维表面PIP-SiC涂层对2D-SiC_f/SiC复合材料力学性能影响

采用低浓度先驱体溶液利用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺在SiC纤维表面制备了SiC涂层,研究了浸渍裂解次数对纤维涂层形貌的影响.研究表明,采用10%的PCS先驱体溶液经3次浸渍裂解后可在纤维表面制得连续致密的SiC涂层.采用经涂层处理的SiC纤维布经热模压成型-先驱体浸渍裂解工艺制备了2D-SiCf/SiC复合材料,其弯曲强度随制备涂层浸渍裂解次数的增加先增后降,经3次浸渍裂解制备涂层的复合材料强度最高,由未经涂层处理的163.5MPa增大到245.9MPa,强度提高近50%.研究证明,SiC纤维表面SiC涂层使纤维在材料致密化过程所受的损伤减小,同时改善了界面,使复合材料强度明显提高.     

热压辅助先驱体裂解制备的三维Cf／Si—O—C复合材料的微观结构与力学性能

采用聚硅氧烷(PSO)先驱体浸渍裂解工艺制备出碳纤维三维编织物增强Si—O—C复合材料(3D-B C_(?)/Si—O—C)。研究发现,第一周期采用热压辅助裂解可以显著提高材料的力学性能与致密度。第一周期经1600℃、10MPa的条件热压裂解处理5min后,材料的弯曲强度和断裂韧性从未处理前的246.2MPa和9.4MPa·m~(1/2)提高到502MPa和23.7MPa·m~(1/2)。该材料的弯曲强度在真空中可以保持到1400℃。探讨了工艺参数对材料结构与力学性能的影响。高温裂解弱化界面结合同时提高纤维就位强度以及加压提高材料致密度是热压辅助裂解能提高材料力学性能的主要原因。     

PIP工艺制备SiC晶须增强SiCf/SiC复合材料的性能

以不同界面层厚度的SiC纤维为增强相,采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备SiC_f(PyC)/SiC复合材料,并在复合材料基体中引入SiC晶须,对其性能进行研究。结果表明:热解碳(PyC)界面层厚度约为230 nm时,SiC纤维拔出明显,SiC_f/SiC复合材料拉伸强度、弯曲强度和断裂韧度分别达到192.3 MPa、446.9 MPa和11.4 MPa?m^1/2;在SiC_f/SiC复合材料基体中引入SiC晶须后,晶须的拔出、桥连及裂纹偏转等增韧机制增加了裂纹在基体中传递时的能量消耗,使复合材料的断裂韧度和弯曲强度分别提高了22.9%和9.1%。     

PIP 法制备SiBN 纤维增强氮化物陶瓷基复合材料Ⅰ———纤维和先驱体性能分析

利用先驱体聚合物浸渍-裂解(PIP)技术制备SiBN纤维增强氮化物陶瓷基复合材料,对SiBN纤维、聚硅硼氮烷有机先驱体裂解以及SiBN纤维增强氮化物陶瓷基复合材料性能进行了分析。研究表明:聚硅硼氮烷先驱体在氨气气氛下裂解得到的陶瓷产物碳含量较低,其裂解产物介电常数在3.0左右,介电损耗小于0.01;SiBN纤维中C和O元素含量均较高,碳的存在对材料介电性能影响明显;制备的氮化物陶瓷基复合材料弯曲强度为88.52 MPa,弹性模量为20.03 GPa。     

PICA中的酚醛树脂热分解机理

采用TG-FTIR和Py GC-MS联用仪对PICA中酚醛热分解过程和产物进行分析和研究,结果表明,PICA酚醛存在两个明显热失重阶段。第一阶段失重为酚醛小分子解吸附过程,主要为H2O、CO2和HOCH2CH2OH分子;第二阶段主要是由酚醛化学键断裂反应引起,为主要热分解阶段,产物主要为酚类、苯系物和稠环芳烃。经过高温热解后,酚醛基体与高孔隙率碳纤维增强体结合形成疏松多孔且具有一定强度的碳层结构。     

交联聚硅氧烷的热降解行为

运用TGA-IR研究了交联聚二甲基硅氧烷以及含10%、16%苯基硅氧烷链段的聚二甲基硅氧烷的热降解行为，并用FTIR分析了聚硅氧烷的热分解产物。结果表明，在300℃以上，交联聚硅氧烷热降解的主要产物为环三硅氧烷和环四硅氧烷，裂解反应既在分子链内发生也在分子链间发生。在惰性气氛下，苯基硅氧链段的引入未能提高聚二甲基硅氧烷的热稳定性。     

火箭煤油热裂解研究

为了探究火箭煤油热裂解过程以及抗氧化剂对热裂解过程的影响,通过火箭煤油静态热裂解实验研究了火箭煤油在683K～713K条件下裂解转化率、裂解产气率、气相产物组成随温度和时间的变化规律。同时,对比了加入1wt%抗氧化剂邻甲基对苯二酚(THQ)的火箭煤油热裂解行为,发现THQ对火箭煤油热裂解有明显抑制作用。683K～713K下,火箭煤油添加1wt%THQ前后的裂解活化能分别为150.0kJ/mol和210.5kJ/mol,并获得了相应的Arrhenius热裂解方程。对比发现我国火箭煤油裂解速率常数小于美国RP-1,RP-2火箭煤油。     

含锆沥青热解缩聚行为研究

利用TG/ DTG 方法对含锆沥青热解缩聚行为进行研究,并与基础沥青进行对比。结果表明:含

锆沥青与基础沥青热解反应特征相似,但比基础沥青热分解起始温度高,黏度大;随着升温速率的提高,含锆沥

青起始和终止的分解温度升高,DTG 峰形变尖锐,峰位向高温方向移动;含锆沥青与基础沥青表观活化能相

当,表明在现有锆含量下,含锆沥青的反应活性与基础沥青相比没有明显变化。

     

裂解温度对先驱体转化制备2D-Cf／SiC材料结构与性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)、二乙烯基苯(DVB)和SiC微粉为原料制备了2D-Cf/SiC材料,考察了首次裂解温度对材料结构与性能的影响.结果表明,首次裂解温度的提高有助于弱化界面结合,形成良好的界面结构,从而提高材料的力学性能.当裂解温度从1000℃提高到1600℃时,材料的弯曲强度由200.7MPa提高到319.2MPa,剪切强度由16.8MPa提高到29.8MPa,断裂韧度由7.4 MPa·m1/2提高到15.0 MPa·m1/2.     

树脂基复合材料的分解防热效率

为了提高树脂基复合材料烧蚀中的热阻塞效应,同时避免因为加入过量树脂引起的复合材料脆性较大的问题,本文提出了引入可分解纤维改性的方法来解决这一矛盾.通过比较,筛选出了分解性质与酚醛树脂相似的可分解纤维,制备了改性纤维/酚醛复合材料.电弧风洞烧蚀试验结果显示,20 mm厚的改性纤维/酚醛在最高热面温度1 300℃、总加热时间600 s的条件下背面温升比相同条件下高硅氧/酚醛低约40℃,表现出很好的烧蚀防热性能,与材料设计的初衷相符.因此,引入可分解纤维的方法是一种有效改善复合材料性能的方法.     

聚碳硅烷/纳米钛粉的热裂解

运用ＩＲ、ＸＲＤ和ＴＧ等分析手段研究了掺混纳米钛粉的聚碳硅烷的热裂解过程。发现热解过程可分为有机硅聚合物转化为无机无定形态和无定形态生长为微晶成。裂解产物中钛的存在形态随保护气氛不同而不同,保护气氛为氮气或氨气时钛的裂解产物为ＴｉＮ,氩气时为ＴｉＣ。     

SiBCN陶瓷前驱体热解机理研究

采用固体NMR和FTIR为主要测试手段对聚硼硅氮烷(PSNB)热解过程中形成的无定型中间体结构进行表征。结合不同温度处理后产物结构的变化将SiBCN前驱体的热解过程分为如下几个阶段:在400℃以下前驱体主要发生转氨基化反应以及Si—H键和N—H键的脱氢耦合反应释放出NH_3和H_2;在400~800℃时,体系中的S—CH_3及其他烃类基团开始发生分子重排并释放出甲烷气体;800~1 000℃,产物进一步发生结构重排形成无定形网络结构。在温度达到1 000℃时体系基本完成陶瓷化转变,此时无定型陶瓷主要由三种成分组成:(1)无定形碳(石墨状);(2)平面BN相;(3)Si—C—N基体(SiC_xN_(4-x)单元,x=0,1,2,3)。     

Resol型酚醛树脂热解特征的TG-MS 研究

合成了一种低醛 /酚摩尔比 (1.3∶1)的Resol型酚醛预聚物。利用TG -MS详细研究了热交联固化后树脂的热分解特征。低于 35 0℃时 ,主要表现为分子内醚键断裂和脱端羟甲基 ,并逸出H2 O、CO2 和CH3 OH等产物及它们的碎片。在 35 0℃～ 75 0℃范围内 ,大分子主链在不同位置发生主链断裂而形成一甲基苯酚、二甲基苯酚和三甲基苯酚等产物及它们的碎片。说明了大分子主链热稳定性的提高是减少和防止Resol型酚醛树脂前驱体C/C复合材料缺陷的重要组成部分     

聚碳硅烷PC-P不熔化纤维的热解过程

聚碳硅烷PC—P是制备力学性能优异的低电阻率碳化硅纤维的先驱体。利用IR、TG、凝胶含量分析等手段研究了聚碳硅烷PC—P不熔化纤维的热解过程。研究表明，聚碳硅烷PC—P不熔化纤维高温热解过程与PCS不熔化纤维类似，但在300℃左右存在明显的自交联现象，使PC—P不熔化纤维的凝胶含量迅速增加，这是PC—P纤维在不熔化程度较低情况下能够通过高温烧成的原因。