空心石英纤维增强氮化物基低介电复合材料的制备及其性能

以环硼氮烷和全氢聚硅氮烷组成的混杂先驱体为原料,采用先驱体浸渍-裂解工艺制备了空心石英纤维增强氮化硼-氮化硅混杂基体的复合材料,研究了裂解温度对复合材料的致密化、力学性能、介电性能和断口显微形貌的影响。结果表明,当裂解温度从300℃提高到500℃时,复合材料的密度逐渐增大,材料的弹性模量随之提高,而其弯曲强度先增后减。当裂解温度为400℃时,复合材料表现出最高抗弯强度(132.4MPa),这源于较小的纤维损伤以及基体和纤维之间良好的界面结合状态。随着裂解温度的提高,复合材料的介电常数也逐渐增大,但三种温度下制备的复合材料均具有较低的介电常数(2.60～3.01)和较低的损耗角正切值(小于5×10-3),材料良好的介电性能源于介电性能优异的高纯度空心石英纤维增强相和较低密度的无碳氮化物基体。     

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.     

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。     

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％.     

液态聚碳硅烷先驱体制备陶瓷基复合材料的工艺适应性研究

陶瓷先驱体是先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备陶瓷基复合材料的关键,先驱体工艺性能对复合材料制备工艺和材料性能有着决定性的影响。以一种新型液态聚碳硅烷先驱体(VHPCS)为研究对象,利用红外光谱分析差示扫描量热分析、热重分析、X-射线衍射分析等分析手段对VHPCS及其裂解产物的热稳定性进行表征。从PIP工艺角度出发,对VHPCS固化行为和裂解行为进行分析。结果表明,VHPCS中含有活性的Si-H和Si-CH=CH2基团,可在165℃开始固化反应。VHPCS在1000℃的N2气氛下的陶瓷产率为60%,其裂解产物在1000~1300℃内晶相稳定,是比较理想的陶瓷先驱体。     

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...     

纤维增强SiBN陶瓷基复合材料的制备及性能

为了满足不同马赫数飞行器对透波材料提出的集透波、承载、防热、耐蚀、抗冲击于一体的性能要求,本文开展了不同耐热区间纤维增强陶瓷基复合材料的研究。采用PIP工艺分别制备了氧化铝、莫来石、石英、氮化硅纤维增强SiBN陶瓷基复合材料,并对其介电和力学性能进行了测试与评价。结果发现莫来石纤维增强SiBN陶瓷基复合材料的介电常数和介电损耗分别为4.1~4.2和1.0×10-2~9.7×10-3,抗弯、拉伸、压缩强度分别为95.12、34.95和80.92 MPa,具有最佳的综合性能。     

硼吖嗪聚合物先驱体热解制备BN基复合材料

综述了硼吖嗪聚合物先驱体热解法制备陶瓷基复合材料的研究进展 ,提出几种合成硼吖嗪单体的方法 ,并着重讨论了纤维增强 BN基复合材料的实验原理 ,制备过程及其性能     

首周期裂解方式对先驱体转化制备C_f／SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)为陶瓷先驱体,采用PIP工艺制备3D-B Cf/SiC复合材料,研究了首周期采用不同裂解方式对基体及材料性能的影响.研究结果表明,首周期采用真空裂解或加压(5MPa)裂解,先驱体的陶瓷产率不同,加压裂解的陶瓷产率最高,达到67.2%.裂解方式对产物的晶体结构没有明显的影响;首周期采用真空裂解制得的Cf/SiC复合材料性能最优,室温弯曲强度和断裂韧性达到404MPa和20.2MPa·m1/2,分别比采用加压裂解所得材料的性能提高40.7%和42.3%.     

钛粉在裂解聚碳硅烷制备陶瓷材料中的应用

以聚碳硅烷为先驱体，Ti粉为活性填料，研究了Ti粉对聚碳硅烷裂解反应及先驱体转化法制备的块体复相陶瓷的性能的影响，并表征了其晶相组成，结果表明，Ti粉可促进PCS的裂解反 ，增加先驱体的陶瓷产率，能降低先驱体在裂解过程中的线性收缩率和气孔率，提高陶瓷材料性能。     

SiBAlON陶瓷前驱体的制备与裂解

以聚铝氧烷为铝源,聚硼硅氮烷兼作硼源和硅源,共混得到SiBAlON陶瓷前驱体,经高温裂解得到SiBAlON陶瓷。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。结果表明,Al的引入降低了陶瓷的结晶温度,当陶瓷中的Al含量为10wt%时,1 300℃处理后析出β-Si_3N_4晶体,1 500℃时,陶瓷中的Al和O与无定型的Si-N结合生成出现Si_2N_2O和Si_3Al_3O_(3+1.5x)N_(5-x)结晶,1 700℃时Al和O与结晶的β-Si_3N_4固溶生成β’-SiAlON结晶,最终陶瓷产物晶相组成为Si_2N_2O/Si_3Al_3O_(3+1.5x)N_(5-x)/β’-SiAlON。对陶瓷的介电性能进行研究表明,温度1 000℃时,其介电常数和介电损耗较为稳定,分别约为3和0.004。     

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。     

先驱体转化法制备低成本碳纤维增强陶瓷基复合材料研究

综述了影响碳纤维增强陶瓷基复合材料成本的主要因素，比较了采用不同先驱体原料和制备工艺制备的陶瓷基复合材料的制备周期、成本及性能，为先驱体转化制备低成本陶瓷基复合材料提供一些参考。     

聚铝硅氮烷的合成、纺丝及陶瓷化性能研究

以不同比例的聚硅氮烷液态低聚物和乙酰丙酮铝［0.1%~1%（w）］为原料,通过热聚合反应制备了一系列聚铝硅氮烷（PASZ）先驱体。PASZ经熔融纺丝、空气预氧化处理和高温裂解后得到连续SiAlCN（O）纤维。采用FT-IR、GPC、SEM、XRD和金相显微镜等测试手段对PASZ和SiAlCN（O）纤维进行了分析表征。结果表明：PASZ的重均分子量Mw为7 191~11 275 g/mol,乙酰丙酮铝质量分数为0.2%制备的PASZ在熔融状态下表现为剪切变稀,纺丝性良好,可实现长达3 km的连续纺丝。SiAlCN（O）纤维为非晶型的含铝氮化硅纤维,直径为20~70 μm,较脆;纤维表面光滑,无裂纹、沟槽等明显缺陷。     

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.     

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。     

硅氧氮陶瓷先驱体的合成及表征

以MeViSiCl2、MeHSiCl2和MeSiCl3为原料,采用先部分水解再氨解的方法制备了硅氧氮陶瓷先驱体.利用FT-IR、1H-NMR、29Si-NMR、GPC以及TGA对聚合物先驱体的结构和热性能进行了表征.结果表明:合成的硅氧氮烷在DCP固化2 h后具有77.7%的陶瓷产率.     

PIP法制备C/ZrC-SiC复合材料工艺与性能研究

为了提高超高温陶瓷基复合材料的力学性能和耐烧蚀性能,本文采用前驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了C/ZrC-SiC复合材料,研究了锆硅一体化陶瓷前驱体(ZS)的固化-裂解工艺对C/ZrC-SiC复合材料性能的影响。结果表明:前驱体的裂解温度对复合材料的力学性能影响较大。较高的裂解温度会损坏碳纤维,导致力学性能降低;较低的裂解温度会使碳热还原反应不充分,基体氧含量较高,结构疏松,导致力学性能下降;制备的C/ZrC-SiC复合材料通过了2 850 K的电弧风洞试验考核后线烧蚀率为8.75×10^-4mm/s,呈现出优异的耐烧蚀性能。     

碳化硅纤维毡增强陶瓷基复合材料的制备与性能

陶瓷基复合材料具有高强高模、高温抗氧化和耐化学稳定性等特点,是新一代先进复合材料的研究热点之一。介绍了以聚碳硅烷不熔化纤维为原料制备碳化硅纤维毡的方法和陶瓷基复合材料的制备工艺;阐述了陶瓷基复合材料的性能测试方法,并分析了气孔率对陶瓷基复合材料力学性能的影响。     

ZrC/SiC多组元改性C/C复合材料的制备及性能研究

以炭毡作为纤维增强体,采用化学气相渗透工艺研制出低密度的C/C复合材料,进而以低密度炭/炭复合材料为预制体,采用聚碳硅烷和有机锆前驱体作为复相陶瓷前驱体,采用先驱体浸渍裂解工艺成功制备出ZrC/SiC多组元改性C/C复合材料试样。借助万能电子试验机和扫描电镜进行材料的力学性能和微观结构分析。结果表明:包含ZrC颗粒的SiC相双组元弥散分布在C/C复合材料基体中,且随着前驱体中有机锆含量的增加,力学性能出现先升后降的趋势,当有机锆前驱体质量分数为25%时,改性C/C复合材料弯曲强度和弯曲模量较优,分别为240.61MPa和17.25GPa。