填料增强先驱体转化法制备陶瓷涂层的研究进展

先驱体转化陶瓷法是一种原位制备陶瓷涂层的新型方法.在先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层时,选择陶瓷产率较高的先驱体和添加填料是降低陶瓷涂层气孔率和收缩率的重要途径.填料在先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层中起着重要作用,通过添加填料,可进一步提高陶瓷涂层的性能并扩展其功能特性.填料主要包括惰性填料、活性填料、熔融型填料和牺牲型填料4种.对比了4种填料的类型和特点,介绍了填料增强陶瓷涂层的作用机制和选取原则,综述了填料增强先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层的研究现状.在裂解过程中,惰性填料的质量和体积均保持不变,可加入较高体积分数的惰性填料制备厚涂层;活性填料可与先驱体、裂解产生的小分子气体、保护气氛等反应,实现陶瓷涂层的近净成形;熔融型填料熔融后,填充到涂层空隙中,可提高涂层的致密化程度,消除基体和陶瓷涂层以及填料和先驱体之间由于热膨胀系数不匹配产生的应力;牺牲型填料分解后,形成孔状涂层,可控制陶瓷涂层中的应力,降低陶瓷涂层的有效弹性模量,增强陶瓷涂层的应变强度.针对陶瓷涂层的服役工况,选择合适的填料类型,确定填料的临界体积分数,揭示填料对陶瓷涂层组成、晶界结构、涂层致密化、裂纹缺陷及裂解反应过程的影响规律,研发新型裂解技术和工艺以控制先驱体转化为陶瓷涂层过程中产生的应力,是后续研究中需要重点关注的问题.     

活性填料钨在聚碳硅烷转化陶瓷中的应用

研究了活性填料钨(W)在聚碳硅烷(PCS)先驱体转化陶瓷中的应用。研究表明,W能有效降低陶瓷素坯的气孔率。W可与PCS气态裂解产物、游离碳和N     

重复浸渍裂解先驱体高温连接Cf/SiC陶瓷基复合材料

对先驱体硅树脂高温(1200℃)转化陶瓷接头连接Cf/SiC复合材料进行了研究.探讨了添加活性填料(纳米级Si,Al粉)后先驱体裂解所发生的反应趋势及重复浸渍-裂解过程对连接强度的影响.结果表明,通过添加活性填料纳米级Si,Al粉可以改善连接效果,但性能难以达到应用目标.通过重复浸渍2 g/mLSR249/ethanol溶液-裂解可以提高连接剪切强度.经过8个浸渍-裂解周期后,得到连接剪切强度达到64.24 MPa.     

以聚硅氧烷为先驱体制备Al-SiCp/Si-O-C陶瓷复合材料

以聚硅氧烷为先驱体,SiC为惰性填料,Al为活性填料,考察了活性填料Al在聚硅氧烷转化制备Si-OC复合材料中的应用.研究发现:600℃时,活性填料Al能与聚硅氧烷裂解产生的含碳小分子气体反应生成Al4C3,800℃时能与N2反应生成AlN;这2个反应同时伴有体积膨胀,能有效弥补聚硅氧烷裂解时的线收缩.活性填料Al的引入能起到增强作用;含20%Al(体积分数)的SiC/Si-O-C复合材料的弯曲强度是不含Al的1.36倍;活性填料Al的引入能显著改善SiC/S-O-C复合材料的耐高温和抗氧化性能,但不能提高其抗热震性能.     

温度、惰性填料对先驱体硅树脂高温连接 Cf/SiC陶瓷基复合材料的影响

对先驱体硅树脂高温(800℃～1 400℃)转化陶瓷结合层连接石墨、陶瓷SiC及Cf/SiC复合材料进行了研究,着重对硅树脂固化裂解过程、裂解温度及惰性填料对连接性能的影响进行了探讨.结果表明,硅树脂的交联固化主要是通过消耗Si-OH来完成.对于石墨、SiC的连接,1200℃是较佳的处理温度,而对于Cf/SiC则最佳的处理温度为1 400℃.加入5%惰性填料SiC可以提高硅树脂对Cf/SiC复合材料的连接性能.     

聚硅氧烷转化Si-O-C陶瓷的电阻率

由聚硅氧烷裂解制备出Si-O-C陶瓷，其电阻率为2220Ω·cm。在聚硅氧烷中添加Al和MoSi2可以制备出低电阻率的Al／Si-O-C和MoSi2／Si-O-C陶瓷。制备温度对材料电阻率有很大的影响。     

先驱体转化法制备SiBNC陶瓷

以三氯化硼、甲基氢二氯硅烷、六甲基二硅氮烷为起始原料,通过共缩合路径合成了SiBNC陶瓷先驱体-聚硼硅氮烷(PBSZ),将PBSZ直接在氮气气氛中高温热解可得SiBNC陶瓷.通过元素分析、XPS、NMR、FTIR和XRD等对所得先驱体及相应陶瓷的组成、结构和高温结晶性能进行了表征.结果表明,先驱体的骨架结构为-Si-N-B-,其中,B、N以硼氮六环形式存在,而C则以Si-CH3形式存在;该先驱体在1000℃下的陶瓷产率为63%,所得SiBNC陶瓷主要由Si3N4、BN、SiC等相组成,具有很好的热稳定性能,在1700℃时能够保持非晶态,在1850℃时部分结晶,且其在1500～1850℃间失重仅为3.8%左右.     

先驱体转化制备ZrO2改性SiC陶瓷的烧蚀行为

采用先驱体浸渍-裂解法,以聚碳硅烷和正丁醇锆为原料高温裂解制备了ZrO2改性的SiC陶瓷材料,采用氧乙炔焰对材料进行烧蚀实验,结合XRD、SEM和EDS能谱等测试方法,研究了ZrO2的引入对材料烧蚀行为的影响。结果表明:在制备的ZrO2改性SiC陶瓷中,ZrO2以细碎的颗粒状存在于致密的SiC之间。ZrO2的引入提高了SiC陶瓷材料的抗烧蚀性能,引入质量分数为29%ZrO2后,SiC陶瓷的质量烧蚀率由0.0412g/s降低为0.0195g/s,烧蚀后材料未发生断裂。构建了烧蚀行为模型,可知ZrO2在烧蚀后能相对稳定的存在于烧蚀中心,而SiC被氧化为SiO2向四周流失。     

激光裂解参数对聚二甲基硅氧烷陶瓷化的影响

目的采用激光裂解聚二甲基硅氧烷先驱体(PDMS)法制备陶瓷涂层。方法在清洁的钢基体表面均匀涂覆PDMS溶液,恒温固化后得均匀有机涂层。用CO_2连续激光匀速扫描该涂层,裂解后得到陶瓷涂层。通过电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段,分析了激光裂解PDMS产物的组成与结构,研究了激光功率、激光扫描次数、扫描线速度等激光参数对PDMS陶瓷化的影响。结果较低激光功率(如700 W)、较少的扫描次数(如1次)和较大的扫描线速度(如18 mm/s)都会使制备的涂层表面层块状明显,孔隙较大,裂纹较多。较高的激光功率(如1000 W)、较多的扫描次数(如3次)和较小的扫描线速度(如10 mm/s)有利于涂层的层块结构消失,表面更趋于细化平整。结论激光功率、激光扫描次数、扫描线速度对聚二甲基硅氧烷的陶瓷化程度和晶态β-Si C的生成与相转变有很大影响。激光能量注入高时,聚二甲基硅氧烷吸收的激光能量多,陶瓷化比较彻底,但会使晶态β-Si C发生相变反应,生成非晶态α-Si C,不利于晶态β-Si C的形成。     

采用SiC/Si3N4陶瓷先驱体连接反应烧结SiC

采用SiC/Si3N4陶瓷先驱体聚硅氮烷连接反应烧结碳化硅陶瓷,研究了连接温度、连接压力、浸渍/裂解增强处理对连接强度的影响.结果表明：在1100℃～1400℃温度范围内,连接强度先升高后降低;连接过程中施加适当的轴向压力可提高连接层致密度;浸渍/裂解增强处理可大幅度提高接头强度.当连接温度为1300℃,连接压力为15kPa，经3次增强处理的连接件抗弯强度达最大值169．1MPa。这种连接件的断口表面粘有大量SiC母材。由XRD研究表明，随着温度的逐步升高，聚硅氮烷的裂解产物发生了由非晶态向晶态的转变。微观结构及成分分析显示：连接层为厚度2μm-3μm的SiCN无定形陶瓷，其结构较为均匀致密；连接层与基体间界面接合良好。     

PREPARATION AND PROPERTIES OF BULK CERAMICS VIA PYROLYSIS OF POLYCARBOSILANE WITH ACTIVE FILLERS I. EVOLUTION PROCESS IN ACTIVE FILLER CONTROLLED PYROLYSIS

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｅｒａｍｉｃｓｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｖｉａｐｒｅｃｕｒｓｏｒｐｙｒｏｌｙｓｉｓｈａｓｂｅｅｎｓｈｏｗｉｎｇａｇｒｅａｔｅｒｐｒｏｍｉｓｅｓｉｎｃｅｔｈｅｏｎｌｙｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｌｙａｖａｉｌａｂｌｅｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｆｉｂｅｒ,ＮｉｃａｌｏｎＴＭ,ｗａｓｐｒｏｄｕｃｅｄｔｈｒｏｕｇｈｓｕｃｈａｍｅｔｈｏｄ〔１〕．Ｎｏｗｐｒｅｃｅｒａｍｉｃｐｏｌｙｍｅｒｓａｒｅｆｉｎｄｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｍｕｃｈｂｒｏａｄｅｒｆｉｅｌｄｓ,ｓｕｃｈａｓＣｅ…     

惰性气体整体保护焊接设备的研制及应用

介绍了一台适用于钛合金及其它活性金属惰性气体整体保护焊接设备的结构、各部分的功能、设备的工作原理及使用效果。指出当采用抽真空换氩气时,为了能在焊接工作室内建立起所要求纯度的氩气保护环境,在焊接过程中达到对工件的保护目的,在设备设计中应注意的关键部位和环节是：真空室的密封性能及焊接工作室内的气体微正压自动实时监控与过压和欠压声光报警系统,这两个方面必须给予足够的重视,才能达到理想的焊接保护效果。     

PREPARATION AND PROPERTIES OF BULK CERAMICS VIA PYROLYSIS OF POLYCARBOSILANE WITH ACTIVE FILLERS II.FLEXURAL STRENGTH AND ANTI-OXIDATIVE PROPERTIES OF ACTIVE FILLER/PCS DERIVED BULK CERAMICS

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｈａｓｓｅｖｅｒａｌｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ,ｅ．ｇ．,ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓ,ｅｘｃｅｌｌｅｎｔａｎｔｉｏｘｉｄａｔｉｏｎａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ,ｂｕｔｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃｆａｉｌｕｒｅｌｉｍｉｔｓｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｍａｎｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｒｅｐｏｒｔｅｄｔｈａｔｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｅｃｏｎｄｐｈａｓｅ,ｅ．ｇ．,ＴｉＣａｎｄＴｉＢ２,ｃａｎｅｎｈａ…