SiC(Nb)陶瓷纤维先驱体聚铌碳硅烷的合成与表征

为了提高SiC陶瓷纤维的综合性能,利用聚二甲基硅烷热解制得的产物液态聚硅烷(liquid polysilane,LPS)与五氯化铌(NbCl5)反应,制各了含铌SiC陶瓷纤维的先驱体聚铌碳硅烷(polyniobiumcarbosilane,PNCS).研究表明:反应过程中存在LPS裂解重排反应,Si-H键在反应中显示出很高的活性,FNCS分子量的增加是LPS形成的Si-H键与NbCl5发生交联反应的结果,用LPS与NbCl5为原料不但能使铌元素成功地引入到先驱体中并且分布均匀,而且由于其成本比其他原料相对低廉便于大批量合成.利用PNCS制备的Si-Nb-C-O陶瓷纤维平均强度为1.8GPa,平均直径为12 μm,耐高温性能优异.     

聚铝碳硅烷的制备及应用进展

介绍了碳化硅（SiC）陶瓷纤维、含铝SiC陶瓷纤维的特点,综述了用聚碳硅烷、聚硅碳硅烷、聚二甲基硅烷与乙酰丙酮铝反应制备聚铝碳硅烷先驱体的合成方法,聚铝碳硅烷的化学结构及在制备耐超高温陶瓷纤维和发光陶瓷薄膜中的应用,评述了各种制备工艺的优缺点,提出了当前工作中需要解决的问题,并展望了今后的发展趋势。     

聚碳硅烷纤维的不熔化工艺研究

以聚二甲基硅烷(PDMS)为原料,在高压釜内高温高压反应合成了聚碳硅烷(PCS)先驱体,经多孔熔融纺丝制备lrPcs纤维。研究了不熔化温度、时间对PCS纤维质量、Si-H键反应程度、凝胶含量及氧含量的影响。研究表明：在不熔化过程中,PCS结构中的Si-H键与氧反应,在PCS分子间形成Si-O-Si交联结构;随着不熔化温度的提高,时间的延长,PCS纤维的质量、Si-H键反应程度、凝胶含量、氧含量均逐渐增加,并逐渐趋于稳定。高压合成的PCS不溶化反应活性较高,引入少量的氧(4％～7％)即可实现不熔化。     

由聚碳硅烷纤维通过化学气相交联法制备低氧含量碳化硅纤维

以环己烯和1-己炔作为反应气氛,对聚碳硅烷(polycarbosilane,PCS)纤维进行化学气相交联不熔化处理,研究不熔化过程中PCS纤维的反应程度,凝胶含量变化以及烧成纤维的组成结构和性能.结果表明:在不饱和烃不熔化过程中,PCS分子结构中的Si-H键参与反应,Si-H键反应程度和PCS纤维的凝胶含量均随不熔化温度的提高逐渐增加且逐渐趋于稳定.制得的SiC纤维中氧的质量分数降低到5%～6%,纤维的拉伸强度达到2.60 GPa.X射线衍射谱显示:与空气不熔化相比,化学气相交联法制备的SiC纤维具有更好的β-SiC微晶结构.     

先驱体转化法原位制备TiO_2膜层SiO_2纤维

用聚碳硅烷与钛酸四正丁酯(titanium tetrabutoxide,TBT)在200℃氮气气氛中反应5h得到含过量TBT的聚钛碳硅烷(polytitanocarbosilane,TPTC)先驱体。将先驱体TPTC于160℃熔融纺丝制得原纤维后,经空气中100℃熟化处理20h,200℃交联处理20h及1200℃烧结可原位制得TiO2/SiO2纤维。利用红外光谱、核磁共振(13C,29Si)、X射线衍射、扫描电镜和能量散射X射线光谱分析表征发现:随着TBT量的增加,TPTC中的Si—H键含量减少,Si—O键增多;纤维由无定形SiO2和锐钛矿TiO2组成,表面光滑致密无明显缺陷,纤维表面为TiO2富集。     

γ射线辐照聚碳硅烷先驱丝协同热交联制备高强度碳化硅纤维

采用γ射线在空气中辐照聚碳硅烷(polycarbosilane,PCS)先驱丝,将吸收剂量低于凝胶点剂量的PCS先驱丝在选定条件下作特殊的热交联处理,然后在惰性气氛保护下热解转化为SiC陶瓷纤维.通过红外光谱、热重分析、拉伸强度和氧含量测试研究了聚碳硅烷先驱丝的化学结构、热分解特性的变化以及烧成SiC纤维的结构与性能.结果表明:经热处理PCS的先驱丝形成了三维网络不熔不溶结构,其陶瓷产率高于未经热处理的先驱丝的陶瓷产率;经热交联处理的先驱丝所烧成的SiC纤维抗拉强度达2.3 GPa,较未经热交联处理的先驱丝所制得的SiC纤维的拉伸强度大幅提高;辐照协同热交联法制备的SiC纤维的氧含量低于直接辐照不熔化法制备的SiC纤维的氧含量.     

含氧气氛下电子束辐照聚碳硅烷制备碳化硅纤维

以聚碳硅烷(polycarbosilane,PCS)为原料,在含氧气(1%)的气氛下用电子束低剂量辐照PCS原丝,然后在惰性气氛下退火实现不熔化处理并烧成制得碳化硅(SiC)纤维.分析了退火温度对辐照后PCS的氧含量、凝胶含量及化学结构的影响,研究了PCS在含氧气氛下辐照及在惰性气氛下退火所发生的化学反应.结果表明:在辐照过程中,主要是Si-H与O2反应生成Si-OH;在退火过程中,主要是Si-OH缩合脱水生成Si-O-Si交联结构.在1250℃烧成制得的SiC纤维呈芯-壳结构,表壳富氧,而芯部氧含量较低.纤维的平均拉伸强度为2.4GPa,平均弹性模量为170.1 GPa.     

液态聚碳硅烷制备含铝碳化硅陶瓷前驱体——聚铝碳硅烷

通过液态聚碳硅烷与乙酰丙酮铝反应,合成了一系列的聚铝碳硅烷,考察了原料配比和反应温度的影响.结果显示:改变合成温度或乙酰丙酮铝的加入量,聚铝碳硅烷呈现从液态到固态的转变.增加乙酰丙酮铝的配比或提高合成温度,可增加聚铝碳硅烷中铝的质量分数,在360℃合成的产物中铝的质量分数接近理论值;增加铝的质量分数或提高合成温度,可增大聚铝碳硅烷的分子量及其多分散系数.360℃以下聚铝碳硅烷的数均分子量随着铝的质量分数的增加呈线性增加.红外光谱及核磁共振分析结果均显示,铝元素的引入伴随着Si-H键的消耗,通过AlO_x(x=4,5,6)基团使液态聚碳硅烷分子部分交联长大,高铝含量的样品具有较高的交联程度.     

聚碳硅烷的高温高压生成机理研究II蒸馏产物的结构分析

以液态聚硅烷(LPS)在450℃反应得到的聚碳硅烷(PCS)粗产品为原料,经溶解、过滤、热处理后减压蒸馏,收集蒸馏馏分并进行表征,由此推出不同摩尔质量的PCS的典型结构,进而推测出LPS转化为PCS分子的机理是:随着温度的升高,LPS中的Si—Si键发生断裂、重排,转化为Si—C键,生成低分子碳硅烷;随着温度的继续升高,碳硅烷分子间发生脱氢、脱甲烷缩合反应,摩尔质量逐渐长大,生成PCS。     

可固化高陶瓷产率聚碳硅烷的合成与性能研究

以聚碳硅烷(PCS)和四甲基四乙烯基环四硅氧烷(DVi4)为原料,合成了新型含乙烯基聚碳硅烷(PVCS).利用FT- IR、GPC、DSC、TG、XRD等分析手段对PVCS的结构、固化特性及裂解特性进行表征.结果表明:PVCS中含有Si-H及C＝C基,可在200～ 350℃固化,350℃固化质量保留率为96.6％,1 000℃陶瓷产率为80.0％,1 200℃陶瓷产物出现β- SiC微晶.