聚钛碳硅烷及含钛碳化硅纤维的制备

本文用小分子硅烷与四丁氧基钛及聚硼硅氧烷共热解制得了聚钛碳硅烷,并由此制得了含钛碳化硅纤维。对聚钛碳硅烷的合成、结构及性能作了较详细的研究。     

含钛碳化硅纤维的研制及其性能

在碳化硅(SiC)纤维中引进金属元素钛,可以制得性能优异的含钛碳化硅(Si_Ti-C-O)纤维。该纤维是由聚碳硅烷(PC)与Ti(OBu)_4加热反应制得先驱体——含钛聚碳硅烷(PTC),经纺丝、高温烧结而成。该纤维抗拉强度可达1.6～2.0GPa,抗拉模量150GPa。与SiC纤维相比,Si-Ti-C-O纤维具有更好的高温氧化性及与金属复合性能。     

Si-Ti-C-O纤维的XPS研究

运用ＸＰＳ分析手段系统研究了Ｓｉ－Ｔｉ－Ｃ－Ｏ纤维的线成及其结构,并与ＳｉＣ纤维进行比较,讨论了引入Ｔｉ后纤维的组成与结构的变化及其性能的关系。     

聚碳硅烷的结构鉴定

采用化学分析、红外光谱、核磁共振谱、气相色谱等四种方法对碳化硅纤维的先驱体聚碳硅烷进行了分析表征。分析结果表明,聚碳硅烷并非是线形结构。由于在聚硅烷高温裂解重排制得聚碳硅烷的反应过程中,发生一系列的分子间反应,导致支化和部分交联结构的产生。作者提出以聚碳硅烷分子中碳原子的平均反应度来作为分子支化程度的表征。分子中叔碳原子的含量愈多,则支化程度愈高,最终甚至会生成不溶不熔的交联状态。     

先驱体法制备SiC陶瓷纤维过程中聚碳硅烷纤维的交联方式

先驱体交联处理是SiC陶瓷纤维制备过程中的主要步骤。为了更好地促进交联技术的发展,本文详细综述了先驱体法制备了SiC陶瓷纤维过程中聚碳硅烷纤维的交联方式,比较了各种交联方式的优缺点,指出了各种交联方式的适用范围,为交联方式的选择提供一些参考。     

SiC陶瓷纤维先驱体的研究动态

对国内外SiC系列陶瓷纤维先驱体的主要合成方法及工艺进行了总结,比较了各种方法所得先驱体的产率,杂元素含量,分子形状形态,分子量及其分布等结构参数,先驱体可纺性以及对应烧成纤维的力学性能。提出降低先驱体中杂元素含量,改善其可纺性及先驱丝的强度,提高陶瓷收率是SiC系列陶瓷纤维先驱体分子设计的方向。     

低电阻率SiC纤维先驱体聚碳硅烷的制备与表征

由聚二甲基硅烷（PDMS）与3％－7％（质量分数）聚氯乙烯（PVC）共热解反应生成的聚碳硅烷（PC—P）,是制备力学性能优良的低电阻率SiC纤维的先驱体。研究了PC-P先驱体的合成条件,利用GPC、IR、XPS、元素分析等手段对PC—P的组成与结构进行了分析。结果表明,PC—P先驱体的最佳合成条件为450℃保温6h-8h,熔点为180℃—230℃,数均分子量为1350-1800,分子量分散系数为2.0左右;PC—P含有Si、C、H、O元素,其C含量高于由PDMS制备的先驱体PCS,而Si含量低于PCS;结构与PCS相似,但Si-H键含量低于PCS中Si-H键含量。     

电阻率可调的含钛碳化硅纤维的制备与性能研究

以Ｔｉ（ＯＢｕ）４与低分子量聚硅烷（ＬＰＳ）为原料合成不同含钛量的聚钛碳硅烷,经熔融纺丝、空气不熔化、高温烧结制备出力学性能良好、电阻率为１０３～１０Ω·ｃｍ的Ｓｉ—Ｔｉ—Ｃ—Ｏ纤维。通过ＩＲ、ＧＰＣ、ＶＰＯ、ＸＰＳ等分析手段系统研究了钛含量对纤维的制备、结构及其电性能的影响。     

低电阻率Si—C—O纤维制备

采用将聚二甲基硅烷与聚氯乙烯共裂解合成制备了Si－C－O纤维先驱体聚合物,并对其进行了表征。表明反应体系中聚氯乙烯含量较高时,生成的先驱体聚合物既有聚碳硅烷的结构特征,又具有－CH＝CH－共轭结构特征的－（SiCH3H-CH2)n（CH＝CH）m－共聚物。先驱体聚合物经熔融纺丝及NO2不熔化处理,高温烧成制得低电阻率Si－C－O（电阻率小于10^0Ω.cm）,而通过聚碳硅烷制得的SiC纤维电阻率为10^6Ω.cm。结果表明能够从聚二甲基硅烷与聚氯乙烯共裂解出发制备低电阻率Si－C－O纤维。     

碳/碳复合材料用基体先驱体研究进展

综述了碳／碳复合材料用基体先驱体如沥青、酚醛树脂、邻苯二甲腈树脂和炔类树脂的合成及改性研究。为开发新一代低成本、高性能碳／碳复合材料提供了方向。     

钛硅共晶合金的组织与性能研究

在氩气保护下，利用非自耗钨极水冷铜坩埚电弧熔炼法制备Ti-Si共晶合金，并研究其组织与性能。X射线衍射结果，室温下铸态Ti-Si合金的组织由α-Ti基体和金属间化合物TisSi3两相组成，具有非平衡凝固特征。Miedema理论计算说明，TisSi3相的生成热比高温下β-Ti的生成热更小，共晶反应时Ti3Si3相先析出。首次测得Ti-Si共晶系合金的压缩强度和塑性，分析断口特征发现，不同共晶类型的Ti-Si合金虽然都属于脆性断裂，但断裂机制不尽相同。     

原位生成Si2N2O与β-Si3N4晶种协同增韧Si3N4复相陶瓷研究

采用原位生成Si2N2O与添加β-Si3N4晶种的方法协同增韧,利用凝胶注模成型、无压烧结制备了Si3N4复相陶瓷材料,研究了协同增韧对材料力学性能和显微结构的影响.结果表明:通过添加5%(质量分数)的SiO2原位生成Si2N2O使材料的弯曲强度和断裂韧度有明显提高,分别达到359.8 MPa和4.67 MPa·m1/2,通过添加5%质量分数的β-Si3N4晶种,得到的Si3N4复相陶瓷材料中柱状β-Si3N4相生长完好、均匀分布,与板状Si2N2O结合良好.综合以上两种增韧机制使材料的力学性能进一步提高,弯曲强度为486.7 MPa,断裂韧度达到6.38 MPa·m1/2.     

Study on Microwave Dielectric Property of Carbon Black and Short Carbon Fibers

Carbon black and carbon fibers of different lengths were introduced in different matrices at different ratios to explore their micro-wave dielectric properties under 8.2 GHz-12.4 GHz. It is found that the actual dielectric constants of the samples containing carbon black are in a two-order function of the contents of carbon black (ε′, ε″=Av2 Bv C) and the complex dielectric constants show an obvi-ous frequency response. Of the added fibers of different lengths, the 4 mm-long one could well disperse in the matrices having not only good frequency response, but also larger real parts, imaginary parts and loss values. The imaginary parts and the loss values (tanδ) of the samples with 4 mm-long carbon fibers added increase linearly with the contents of fiber increasing. So it is practicable to adjust the di-electric parameters of the material in a wide range by changing the added amount of carbon black, and the carbon fiber or altering the lengths of the carbon fiber added.     

Study on Microwave Dielectric Property of Carbon Black and Short Carbon Fibers

Carbon black and carbon fibers of different lengths were introduced in different matrices at different ratios to explore their microwave dielectric properties under 8.2 GHz-12.4 GHz. It is found that the actual dielectric constants of the samples containing carbon black are in a two-order function of the contents of carbon black （ε＇, ε＂=Av2＋Bv＋C） and the complex dielectric constants show an obvious frequency response. Of the added fibers of different lengths, the 4 mm-long one could well disperse in the matrices having not only good frequency response, but also larger real parts, imaginary parts and loss values. The imaginary parts and the loss values （tanδ）of the samples with 4 mm-long carbon fibers added increase linearly with the contents of fiber increasing. So it is practicable to adjust the dielectric parameters of the material in a wide range by changing the added amount of carbon black, and the carbon fiber or altering the lengths of the carbon fiber added.     

Ti-Zr-Si合金的时效转变与显微组织分析

通过真空自耗电极炉熔炼得到硅锆质量比为1：2的Ti-Zr-Si合金材料,对合金材料进行了1200℃／3．5h的固溶处理和850℃不同时间的时效处理。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、EDX分析了Ti-Zr-Si合金的铸造、固溶和不同时效阶段的显微组织及其相组成。分析结果表明,硅锆比为1：2的Ti-Zr-Si合金,铸造组织由β-Ti、晶界为块状β-Ti和条状的5-3型硅化物组成;Ti-Zr-Si合金经过850℃／480min的时效处理,5-3型硅化物转变为2-1型硅化物;尺寸细小、分布均匀的2-1型硅化物使制备高性能的Ti／(Ti,Zr)2Si复合材料成为可能。     

碳纤维的表面处理与复合材料的层间剪切强度

碳纤维增强塑料（ＣＦＲＰ）是碳纤维在当前应用的主要形式之一。实用要求ＣＦＲＰ层间剪切强度（ＩＬＳＳ）的下限值为７ＳＭＰａ，未经表面处理的碳纤维的ＩＬＳＳ仅在５０～６０ＭＰａ之间，经表面处理后，可提高到８０ＭＰａ以上，充分满足使用要求。除此之外，ＩＬＳＳ还与纤维含量、孔隙率和基体树脂性能等有关。     

Fe2 O3 对碳热还原氮化SiO2 合成Si2 N2 O的催化效应及机理

采用碳热还原氮化SiO2的方法在1 500℃制备了Si2N2O,并通过XRD和热失重分析,研究了Fe2O3对合成Si2N2O的催化作用及机理。Fe2O3对Si2N2O的合成具有显著的催化作用,加入少量Fe2O3可以使SiO2的转化率达到100%。Fe2O3的催化机理为:一方面,Fe2O3被C还原为纳米铁单质,并与Si形成Fe-Si液相,该Fe-Si液相可溶解SiO2和C颗粒,促使SiOC中间相在较低温度下形成,从而显著降低碳热还原反应的开始温度。另一方面,Fe-Si液相中的CO2与FeSi反应,通过形成SiO和CO而加速碳热还原反应的进行。     

MA 及原位-热压合成TiC/ Ti5 Si3 复合材料

以Ti粉、Si粉和C粉为原料,利用高能球磨及热压工艺合成了TiC/Ti5Si3陶瓷复合材料。研究了工艺条件尤其是热压温度对合成产物相组成及微观结构的影响,并结合DSC、XRD和SEM对反应合成机理进行探讨。结果表明:通过优化合成工艺,高能球磨12 h,热压温度1 400℃时,烧结6 h得到了高纯度的TiC/Ti5Si3陶瓷复合材料;合成过程为:反应开始时发生Ti+C■TiC,反应ΔG=-167.72 kJ/mol。2 h时发生5TiC+8Si■Ti5Si3+5SiC,反应ΔG=-62.12 kJ/mol,当6 h时发生3SiC+8Ti■Ti5Si3+3TiC,反应ΔG=-697.8 kJ/mol。显微结构表明:TiC/Ti5Si3复合材料的合成过程伴随Si熔融,该材料以TiC-Si-Ti5Si3形式相结合,其中Si为黏结剂。