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)。     

厚壁C/ C 复合材料分区CVI 制备工艺研究

以整体毡为增强体,丙烯和糠酮树脂为前驱体,采用分区CVI法和树脂浸渍/固化、炭化相结合的工艺制备了厚壁C/C复合材料,用CT机和偏光显微镜观察了材料的微观结构,并进行了热力学性能测试,结果与热梯度CVI法进行了对比.研究结果表明:分区CVI法制备的热解碳为光滑层结构,整体密度均匀,与热梯度CVI工艺相比,总CVI增密效率提高了近一半,特别是沉积后期,表现出明显的优势.同时,轴向压缩强度提高了28.5％;径向压缩强度提高了33.6％.线胀系数相当.通过研究认为,分区CVI法能很好的提高材料的增密效率和增密均匀性,降低成本,且材料最终具有优异的热力学性能.     

磺化Resol-Novalak共聚酚醛树脂热解特征的TG-MS研究

合成了一种合磺酸基的热固性Resol—Novalak共聚酚醛树脂(C——PF／SPF)。TG—MS(热失重—质谱)的研究结果表明，C—PF／SPF在低于350℃时，主要发生与磺酸基相关的热分解井退出SO2等产物；在450℃—820℃范围，只观察到CO2(m／z＝44)、C0(m／z＝28)和H20(m／z＝18)等产物及其碎片；在110℃—820℃的测试温度范围未检测到与主链断裂有关的酚类热解产物，显示出优越的热稳定性；这是由于部分磺酸基中的硫在热处理过程中与酚醛树脂的芳环发生交联，从而大大增加了C——PF／SPF的热稳定性。基于TG—MS结果的理论计算表明，C——PF／SPF经350℃热处理后的理论残碳率可达80％，是一种具有应用前景的C／C复合材料用基体前驱体。     

热解炭的表征

通过对不同结构热解炭的显微结构、显微图像分析,消光角的测试,将热解炭的微观结构分为粗糙层结构RL、光滑层结构SL、再生层状结构ReL和各向同性结构ISO.其中RL消光角最大在16-21之间;SL的消光角居中;ReL经常与SL相伴,也存在生长锥,但较之RL的柱状生长锥,ReL的生长锥不仅宽短,而且在整个生长面上可以连续再生,而RL中的柱状生长锥是贯穿整个生长面、不可再生的;ISO不具有光学活性,其消光角为零.     

准三维C/C复合材料的弯曲性能及其破坏机理

以碳纤维针刺毡为预制体,采用CVI法或结合液相法制备了热解碳、树脂碳和沥青碳基质的准三维C/C复合材料,并研究了这些材料的弯曲性能及其断裂机理.研究表明:对于热解碳基质,SL基质碳的弯曲强度明显高于RL和SL RL两种基质碳;弯曲强度随密度增高而增大;致密度越高,基体支撑越强,同时微裂纹和孔隙度越低,弯曲性能越好.     

煤粉热解研究的激波管技术

为开拓激波管技术在煤粉热解研究中的应用,对一座激波管实体的系统、运行原理、煤粉撒播及热解气体的回收和分析技术等作了介绍。在激波管装置上共作了八种典型煤的热解实验。文中报导了一种典型国产煤在1700K 热解温度下,逸出的十种碳氢化合物和其它气体的产量数据,与澳大利亚类似煤种的结果基本吻合。     

热解炭光学特性的消光角表征

 分析了热解炭的双反射特性和消光现象,对热解炭消光角测量方法的理论基础进行了研究,并对化学气相渗透工艺制备的C/C复合材料中热解炭消光角的实验测量数据进行了解释。结果表明：消光角是材料双反射特性的综合反映;消光图法和四分之一象限光强法得到的消光角理论表达式不同,但消光角的数值总是取决于材料的双反射率比值;热解炭的消光角测量值是材料较大反射面积光学特性的平均,包含了杂原子、缺陷、乱层结构的信息,因而和石墨消光角的含义不同;石墨结构是热解炭织构有序的极限,但热解炭消光角并不受石墨理论消光角数值的限制。     

热处理对3D-C/PyC/SiC力学性能的影响

研究了2种热处理工艺对3D-C/PyC/SiC力学性能的影响规律和机制。沉积SiC基体前对有PyC界面相的炭纤维编织体进行热处理,使3D-C/PyC/SiC的室温弯曲强度和KIC显著提高,最大提高幅度分别可达38.6%和80.5%。沉积SiC基体后对C/PyC/SiC进行热处理,使3D-C/PyC/SiC的室温弯曲强度和KIC显著降低,最大降低幅度均可达60%以上。     

正丁醇等温CVI工艺制备C/C复合材料

以正丁醇为前躯体,N2为载气和稀释气,以2D炭毡为预制体,在负压和沉积温度为1 150℃的实验条件下,采用等温化学气相渗透(ICVI)工艺制备出C/C复合材料制品,讨论了沉积时间与密度的变化规律以及预制体内部密度分布规律。利用三点弯曲测定了材料的弯曲强度,采用偏光显微镜、扫描电镜观察了材料的组织结构和断口形貌。结果表明,试样的组织结构以具有靠近纤维部分为中织构热解炭组织,外部为高织构热解炭组织特征,断裂方式为假塑性断裂,并且具有优异的力学性能。研究表明丁醇中氧元素的存在并未在高温下对炭纤维产生腐蚀破坏作用,正丁醇可以作为前躯体中的一种组分用于CVI工艺热解制备高性能C/C复合材料。     

树脂浸渍热解次数对C/SiC刹车材料结构的影响

采用三维针刺碳纤维预制体,通过树脂浸渍热解工艺制备C/C多孔体,然后结合反应熔体浸渗法(RMI)制备了C/SiC复合材料,研究了树脂浸渍次数对C/C多孔体及C/SiC复合材料结构的影响。