活性填料铝在聚碳硅烷裂解陶瓷中的应用

研究了活性填料铝（Ａｌ）在聚碳奎烷（ＰＣＳ）先驱体裂解陶瓷中的应用。研究表明：活性填料Ａｌ能有效降低陶瓷素坯的气孔率及其在裂解过程中的收缩率;素坯在裂解后线收缩率为０;Ａｌ可与Ｎ２气氛反应生成氮化物,可明显提高ＰＣＳ的陶瓷产率,此外,它还能有效地提高烧成体的强度,当φ（Ａｌ）：φ（ＰＣＳ）＝６０％时,烧成体的三点弯曲强度达２１２ＭＰａ。     

活性填料在先驱体转化法纤维增强陶瓷基复合材料中的应用 II——复合材料的制备及其表征

将活性填料Al应用到吉林碳纤维(JC)和M40JB纤维增强先驱体转化SiC陶瓷基复合材料的制备中。研究表明,经过7个周期的致密化处理,当复合材料素坯中不含活性填料时,JC增强复合材料比M40JB增强复合材料有更高的弯曲强度,因此,JC纤维更适合用作先驱体转化陶瓷基复合材料的增强纤维;当复合材料素坯中含有活性填料Al时,由于Al与碳纤维发生碳化反应,使纤维受损,在纤维与基体之间形成不良的界面结合,导致复合材料的强度发生退化。图象分析表明,M40JB与Al的反应层厚度约为0.94 μm。为了防止碳纤维与Al发生反应,应对碳纤维进行适当的表面处理。     

SiO2气凝胶的非超临界干燥法制备与表征

以聚二甲基硅烷为原料,采用聚合物超临界法制备了SiO2气凝胶.聚合物超临界法制备的SiO2气凝胶除碳前为疏水性气凝胶,比表面积为27.68 m2/g,孔体积为0.103 7 cm3/g,平均孔径约为15 nm;除碳后为亲水性气凝胶,比表面积为500.6 m2/g,孔体积为0.404 3 cm3/g,平均孔径为3.23 nm.对聚合物超临界法制备SiO2气凝胶的反应机理进行了初步探讨.     

先驱体转化法制备含锆SiC纤维及其组成

以聚硅碳硅烷(polysilacarbosilane,PSCS)与乙酰丙酮锆为原料,用常压高温裂解法制备了Si-Zr-C-O纤维先驱体聚锆碳硅烷(polyzirconocar-bosilane,PZCS),经过熔融纺丝、空气预氧化、惰性气氛烧成等工艺,制得Si-Zr-C-O纤维.通过元素分析、Auger电子能谱、X射线衍射、核磁共振和扫描电子显微镜等一系列分析测试手段研究了Si-Zr-C-O纤维的组成结构与性能.结果表明:Si-Zr-C-O纤维的元素组成为SiC1.24HxO0.56Zr0.0129(摩尔比),平均强度为2.5GPa,平均直径为11 μm,纤维表面光滑平坦,没出现孔洞、裂纹、沟槽等缺陷,直径均匀.Si-Zr-C-O纤维表层和内部元素组成不同.Si-Zr-C-O纤维为非晶SiC纤维,纤维中包含较多的不定形游离C和O,以不定形SiCxOy复合相的形式存在,Zr则与复合相中的O相结合.     

反应温度对液态聚硅烷高压合成聚碳硅烷性能的影响

以液态聚硅烷(LPS)为原料,在高压釜内反应制备了聚碳硅烷(PCS)先驱体。研究发现,随着反应温度的升高．PCS的分子量增大,产率提高,软化点提高．Si—H键含量降低．在反应过程中LPS首先转化为小分子量的PCS．然后是小分子的PCS间发生脱氢及少量脱甲烷缩合使分子量长大。450℃后,反应产率明显增加,分子量分布出现中分子量峰。     

高压合成聚碳硅烷的分子量分布与可纺性

采用高压合成方法合成了聚碳硅烷（PCS）,研究了高低分子含量、分散系数对PCS软化点、分子量分布及可纺性的影响。结果表明,可以用软化点加分子量分布来判断PCS的熔融可纺性．当PCS的软化点低于200℃,分散系数小于1．8,高、中分子含量比例小于0．1时,可纺性很好;随着分子量的增大,软化点的升高,高分子含量增加,分子量分布宽化,可纺性开始变差,当软化点大于260℃,分散系数大于2．2,高、中分子含量比例大于0,3时,可纺性很差,甚至失去可纺性。要得到软化点高、分散系数低、可纺性好的PCS,必须控制PCS的高、中分子含量比例约为0．1～0．3,低、中分子含量比例约0．8左右,分散系数约为1．8～2．2。     

活性填料铬在取碳硅烷裂解陶瓷中的应用

研究了活性填料铬（Ｃｒ）在聚碳硅烷（ＰＣＳ）先驱体裂解陶瓷中的应用。研究表明,活性填料Ｃｒ能有效降低陶瓷素坯的气孔率。Ｃｒ可与ＰＣＳ气态裂解产物和Ｎ２气氛反应生成新的化合物,可明显提高ＰＣＳ的陶瓷产率。当Ｃｒ／ＰＣＳ为３５％ｖｏｌ时,坯体的陶瓷产率为１００％。在先驱体中引入Ｃｒ能有效地抑制坯体在裂解过程中的收缩。Ｃｒ含量越高,素坯裂解后的收缩越小。当Ｃｒ／ＰＣＳ为４６％ｖｏｌ时,素坯在裂解前后线收     

活性填料在先驱体转化陶瓷基复合材料及其构件中有应用

有机聚合物先驱体由于其分子可设计性好、成型方便、低温裂解转化为陶瓷的特点,在陶瓷纤维和纤维增韧陶瓷基复合材料的制备中表现出极大的优势。针对先驱体转化法体积收缩大、孔隙率高的不足,在先驱体中引入适当的活性填料是解决其不足的有效方法。以聚碳硅烷(PCS)为 SiC 陶瓷的先驱体,以金属(Al、Cr、Mo、Ta、Ti、W、Zr)、非金属(B、Si)及其化合物(CrSi_2、TiH_2、TiB_2)微粉为活性填料,对活性填料控制的 PCS 裂解陶瓷的陶瓷产率、线收缩率、密度、力学性能、产物结构等进行了系统的研究。对活性填料控制的 PCS 先驱体裂解陶瓷的尺寸变化进行了模型分析。从理论上揭示了活性填料的临界体积分数与活性填料反应的产率、反应前后的密度比之间的相关性。通过对 PCS/Al/SiC/N_2裂解体系反应热力学参数的计算,从理论上预测可能发生的反应与不可能发生反应。将热分析反应动力学方法应用到活性填料 Al 控制的 PCS 先驱体的裂解中。分别研究了 N_2中纯 PCS、纯 Al、Al/SiC、PCS/Al/SiC 体系各阶段的表观活化能及其裂解-反应机理函数以 X 射线衍射,电子显微镜元素线扫描等方法对 PCS/Al/SiCN_2体系的裂解-反应机理进行研究。在含活性填料的先驱体转化法制备纤维复合材料的致密化-密度增长模型中,引入体积收缩率的参数,对先驱体转化法纤维复合材料的密度增长模型进行了修正。将活性填料 Al 应用到单向 M40JB 纤维和吉林碳纤维增强 SiC 陶瓷基复合材料及反坦克导弹陶瓷喷管的制备工艺中,并对裂解产物进行了表征,获得很好的效果。这一结果对促进先驱体转化法陶瓷构件在武器装备中的应用具有重要意义。     

SiBNC陶瓷先驱体的热裂解过程研究

采用TGA、IR、29SiNMR对以三氯化硼、甲基氢二氯硅烷、六甲基二硅氮烷为原料合成的SiBNC陶瓷先驱体——聚硼硅氮烷(PBSZ)的裂解过程进行分析。结果表明,PBSZ在N2中的裂解过程可分为四个阶段:第一阶段为240℃以下,没有明显的增重和失重;第二阶段为240~400℃,质量损失率约30%,主要是小分子的挥发和转胺反应所致;第三阶段为400~600℃,失重减缓,可能发生Si—H和N—H的脱氢耦合反应;第四阶段为600~1 000℃,有少量失重,无机化逐步趋于完全。     

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.