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。