ＳｉＢＡｌＯＮ 陶瓷前驱体的制备与裂解

以聚铝氧烷为铝源ꎬ聚硼硅氮烷兼作硼源和硅源ꎬ共混得到ＳｉＢＡｌＯＮ 陶瓷前驱体ꎬ经高温裂解得

到ＳｉＢＡｌＯＮ 陶瓷ꎮ 采用ＴＧＡ 和ＸＲＤ 对ＳｉＢＡｌＯＮ 前驱体的裂解行为及陶瓷产物晶相结构进行表征ꎮ 结果表

明ꎬＡｌ 的引入降低了陶瓷的结晶温度ꎬ当陶瓷中的Ａｌ 含量为１０ｗｔ％时ꎬ１ ３００℃ 处理后析出β－Ｓｉ３ Ｎ４ 晶体ꎬ１

５００℃时ꎬ陶瓷中的Ａｌ 和Ｏ 与无定型的Ｓｉ－Ｎ 结合生成出现Ｓｉ２Ｎ２Ｏ 和Ｓｉ３ Ａｌ３ Ｏ３＋１.５ｘ Ｎ５－ｘ结晶ꎬ１ ７００℃时Ａｌ 和Ｏ

与结晶的β－Ｓｉ３Ｎ４固溶生成β’ －ＳｉＡｌＯＮ 结晶ꎬ最终陶瓷产物晶相组成为Ｓｉ２ Ｎ２ Ｏ/ Ｓｉ３ Ａｌ３ Ｏ３＋１.５ｘ Ｎ５－ｘ / β’ －ＳｉＡｌＯＮꎮ

对陶瓷的介电性能进行研究表明ꎬ温度<１ ０００℃时ꎬ其介电常数和介电损耗较为稳定ꎬ分别约为３ 和<０.００４ꎮ

     

氮化硼陶瓷前驱体的制备及表征

以三氯化硼和六甲基二硅氮烷为原料制备了聚硼氮烷预聚体,再经高分子化制备了可溶的氮化硼陶瓷前驱体—聚硼氮烷.该法合成工艺简单,反应温和.采用凝胶渗透色谱、核磁共振氢谱、傅里叶红外光谱、热失重分析仪、元素分析等对预聚体高分子化过程中的分子量变化、高分子化机理、聚硼氮烷的裂解过程、所得陶瓷的元素组成进行了研究.结果表明,高分子化过程中主要发生了六甲基二硅氮烷脱除和转氨基反应.所得聚硼氮烷重均分子量为7 582,氮气下1 000℃时的陶瓷产率为41.6 wt％,陶瓷化转变主要发生在400～600℃,800℃时陶瓷化转变基本进行完毕,800℃氨气下裂解得到低C含量的白色氮化硼陶瓷,进一步在1 500℃氩气中裂解可得到结晶度较高的氮化硼陶瓷.     

碳化锆液相陶瓷前驱体的制备及陶瓷化

以聚锆氧烷PNZ 为锆源、炔丙基酚醛PN 为碳源制备了一种ZrC 液相陶瓷前驱体PNZ-PN,该前
驱体经1 600℃热解能够转化为高度结晶的ZrC 陶瓷。通过FT-IR、DSC、TGA 对前驱体的固化过程及固化样
的热失重行为进行了分析;通过XRD、元素分析和SEM 对热解产物的晶相组成及微观形貌进行了分析。结果
表明:1 200℃以下,热解产物主要是ZrO2,1 400℃时开始发生碳热还原反应出现结晶度较小的ZrC,经1 600℃
热解后可完全转化为ZrC;PN 的加入量会影响热解过程中陶瓷样品的ZrO2 晶相及1 600℃热解产物的碳含量,
通过调整PN 的加入量最终可得到自由碳含量1. 66%、近似纯相的ZrC 陶瓷;得到的陶瓷粒子Zr、C 元素分布
均匀、粒径主要分布为100 ~200 nm。     

双氨源合成SiBN陶瓷前驱体及其裂解行为

以三氯化硼和甲基氢二氯硅烷为原料,通过与六甲基二硅氮烷和氨气的分步反应合成液态前驱体,在氨气中裂解脱碳得到SiBN陶瓷,改变投料比实现对前驱体陶瓷产率与元素组成的调控。采用NMR、FTIR、XRD、SEM、元素分析等方法对前驱体裂解过程及其不同温度陶瓷产物进行细致分析。结果表明,前驱体经过900 ℃氨气裂解完成陶瓷化过程,裂解产物中的硼含量超过13 %（w）,经过1 400 ℃氮气或空气处理的陶瓷产物保持无定型态,具有良好的耐高温及抗氧化性。     

陶瓷前驱体基防潮涂层制备及其性能表征

以全氢硅氮烷树脂为成膜物,以纳米Si O_2为填料,在石英织物表面制备出了防潮性能优良的陶瓷前驱体基防潮涂层。采用SEM、EDS、IR、DSC-TG等研究了防潮涂层在固化和高温加热过程中的结构变化,测试了其防潮性能。结果表明,在40℃、95%湿度环境下放置24 h,该防潮涂层可将石英织物的吸潮率从11.71%降到0.31%,且涂层主要组分与石英织物基材组分一致,因而其无线电波透过能力与石英织物基材相近。     

陶瓷前驱体基高温高辐射涂层制备及表征

以陶瓷前驱体树脂为成膜物,以过渡金属氧化物和硼化物为填料,采用空气喷涂工艺在镍基高温合金和C/C基材上制备出了高温散热性能好、抗热震性好的高温高辐射涂层,并用DSC-TG、光学显微镜和风洞对涂层性能进行表征。结果表明:该涂层室温~827℃发射率达到0.85~0.92,827℃~室温抗热震循环20次后涂层不剥离、不脱落;该涂层在290 k W/m2冷壁热流、300 s时长的风洞考核条件下,可将镍基高温合金基材温度从686℃降到646℃,降温40℃。     

活性填料控制的先驱体裂解制备陶瓷基复合材料研究进展

从先驱体转化法存在的问题出发,阐述了添加活性填料的意义和特点,介绍了活性填料控制的先驱体裂解过程中的尺寸变化、化学热力学和反应动力学以及制备陶瓷基复合材料的特点及国内外研究现状,并展望了未来发展。     

新型SiOC 陶瓷前驱体的合成及性能

采用四甲基四乙烯基环四硅氧烷(TMTVS)与四甲基环四硅氧烷(TMS)通过阳离子开环聚合反应制备了含Si—H及Si—CH=CH2官能团的聚硅氧烷.用红外、核磁、凝胶渗透色谱及热重分析对该聚硅氧烷进行了表征,结果表明其结构与设计相吻合,其分子量、黏度及Si—H、Si—CH=CH2的比例可以通过改变原料比例来调节.这种新型聚硅氧烷用作SiOC陶瓷前驱体具有低黏度、高陶瓷产率等特点.     

硅基聚合物陶瓷前驱体作为连接剂的研究进展

概述了近年来硅基聚合物陶瓷前驱体作为连接剂的研究进展,并对影响其连接强度的因素进行了总结.     

一锅法合成SiC-ZrC复相陶瓷前驱体及其性能

以甲基三氯硅烷、二氯二甲基硅烷、二氯二茂锆以及金属钠为原料,通过一锅反应合成出一种全新的SiC-ZrC复相陶瓷前驱体(HBZS)。利用TG、FTIR、XRD及SEM等对HBZS的热解行为、分子结构以及热解产物的微观形貌与结构进行了全面分析。结果表明:HBZS在900℃时可以完全裂解转化成SiC-ZrC复相陶瓷,陶瓷收率可达60%以上;裂解产物中ZrC相晶粒尺寸极小(10～45 nm)且均匀分散于连续的SiC相中。该前驱体可用于制备SiC-ZrC陶瓷纤维及陶瓷基复合材料。     

前驱体浸渍裂解过程中SiC/SiC复合材料微观工艺应力模拟研究

前驱体浸渍裂解工艺（PIP）是SiC/SiC复合材料的一种近净成形制备方法,但前驱体裂解过程中产生的应力阻碍了该工艺的产业化应用。本文构建了一种化学-力学耦合模型来研究前驱体裂解过程中应力的产生和演化机理。首先以反应动力学模型描述了前驱体的裂解过程;其次基于三相球模型建立了一个解析模型计算基体的均匀化力学性质;最后结合上述模型构建了有限元模型,在微观尺度模拟计算了代表性体积单胞（RVC）内的工艺应力演变。结果表明：基体在贫基体的界面处承受显著的环向拉伸应力;对于由纯前驱体组成的基体,基体内的工艺应力主要是由裂解过程引起的化学收缩导致的,受温度引起的热膨胀影响较小;随着PIP循环次数的增加,化学收缩和热膨胀的角色发生互换。     

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。     

含Al的SiC(N)陶瓷前驱体的研究进展北大核心CSCD

含异质元素Al的SiC(N)陶瓷前驱体的合成是制备高性能耐高温SiC纤维的关键步骤。本文综述了含异质元素Al的SiC(N)陶瓷前驱体的合成方法与表征结果及Al元素在陶瓷产物中的作用;并简要介绍了含Al的SiC(N)陶瓷前驱体应用,并对发展趋势和应用前景进行了展望。     

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)。     

聚合物先驱体转化法制备多孔陶瓷的研究进展

聚合物转化陶瓷(polymer derived ceramics,PDCs)制备技术简单,烧结温度低,可设计性强,40年来得到了极大的发展。本文综述了多孔PDCs的研究进展,包括模板法、发泡法、冷冻铸造技术、增材制造技术等制备方法;此外,还对陶瓷前驱体如聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅氮烷等分子侧链设计以调整陶瓷产物的组成、微结构、力学性能等的研究现状进行了综述;提出未来发展的方向是增材制造技术制备多孔 PDCs及陶瓷前驱体分子层面的设计。     

碳纤维前驱体的研究进展北大核心CSCD

综述了可用于制备碳纤维的各类改性聚丙烯腈前驱体以及完全可替代型前驱体的最新研究进展,包括各种新型前驱体的制备以及碳化后的纤维结构与性能等,并介绍了其潜在应用领域,对各类前驱体发展目前面临的问题进行了总结,拟为制备高性能、低成本碳纤维前驱体进一步发展提供参考。     

光固化巯基-乙烯基硅氮烷陶瓷前驱体制备氮化硅陶瓷

以不同用量的多官能巯基化合物与乙烯基硅氮烷预聚物组成液态光固化体系,经紫外光辐照后固化成聚合物陶瓷前驱体,后经1400℃无压热裂解制备氮化硅。采用热失重（TGA）分析陶瓷前驱体的热解特性,X射线衍射（XRD）分析热解后材料的相组成及晶态结构,场发射枪扫描电子显微镜（SEM）观察和表征材料的微观形貌。陶瓷前驱体在热解过程中分别在325—350℃和475—505℃出现两个失重峰,随着体系中巯基化合物含量的增加,前驱体的热解失重率增加,陶瓷收率降低,最终陶瓷的相对密度下降,结晶度增高,晶粒尺寸增大。经1400℃热解15h,得到部分α-Si3N4晶体;热解24h,得到大量α-Si3N4和少量β-Si3N4的材料,在空洞中发现富氮的细长纤状和片状晶体。     

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.     

注射成形工艺结合先驱体转化法制备碳化硅陶瓷

选择一种石蜡基多聚物粘结剂体系,在固含量为52vol%及最佳注射参数下,注射出良好的碳化硅陶瓷复杂件坯体,以二步法溶剂脱脂和热脱脂为脱脂工艺,得到的热脱脂坯通过聚碳硅烷先驱体溶液在真空下浸渍,并在1200℃氮气氛下裂解,使生坯密度提高到1.75g/cm3以上,再将烧结坯体于2100℃,Ar气氛下,保温1h进行固相烧结,得到的碳化硅陶瓷复杂件密度为3.11g/cm3,致密度为97%.