硼在先驱体转化制备2DCf/SiC材料中的应用

研究了含硼(B)的聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)先驱体的裂解,并以B为活性填料,SiC微粉为惰性填料,PCS/DVB为先驱体制备了2D Cf/SiC-B材料.考察了B粉含量对材料力学性能和抗氧化性能的影响.结果表明,B的引入可以有效提高先驱体的陶瓷产率,缩短制备周期,当浆料中B含量为15φ%时,6次浸渍-交联-裂解周期后,材料的弯曲强度达到301.3MPa,与不添加活性填料制备的材料9个周期后的性能基本相当.当浆料中B含量为5φ%时,材料的力学性能和抗氧化性能均较好,9个周期后,材料的弯曲强度和断裂韧性分别达到351.3 MPa,13.7 Mpa·m1/2,较不添加活性填料制备的材料力学性能有所提高,在1300℃马弗炉中氧化10 min后,弯曲强度和断裂韧性保留率分别达到了79.4%和80.3%,较未添加活性填料的Cf/SiC材料有明显提高.     

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.     

活性填料控制的先驱体裂解陶瓷的尺寸变化

对单一先驱体、先驱体／惰性填料、先驱体／活性填料体系裂解陶瓷的尺寸变化进行了模型分析。从理论上分析了活性填料体积分数与裂解陶瓷体积收缩率和线收缩率之间的关系，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，以聚碳硅烷先驱体为例，预测了在不同反应情况下，常见活性填料的临界体积分数，增加活性填料体积分数，可降低陶瓷产物的体积收缩率和气孔率。     

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.     

纳米Ni粉填料对聚硅氮烷连接SiC陶瓷接头性能的影响

研究了活性填料纳米Ni粉对陶瓷先驱体聚硅氮烷连接反应烧结SiC陶瓷接头性能的影响，同时与惰性填料纳米SiC粉及活性填料微米Ni粉进行了对比，指出填料的种类及颗粒度对连接强度均有较大影响。活性填料纳米Ni粉的加入可减少连接层内的孔隙和裂纹，同时还可以与聚硅氮烷的裂解产物及母材发生反应，促进聚硅氮烷的裂解，从而降低连接温度，提高连接强度。当连接温度为1200℃时，其最大抗弯强度达到251．6MPa。微观研究表明，连接层结构较为均匀致密，且与母材间界面结合良好。惰性填料纳米SiC粉对连接强度没有明显改善。微米Ni粉因不能与先驱体形成均匀的连接层而导致连接强度降低。     

活性填料对聚硅氮烷连接SiC陶瓷接头性能的影响

采用陶瓷先驱体聚合物--含乙烯基聚硅氮烷并加入活性填料纳米铝粉连接无压烧结SiC陶瓷.研究了纳米铝粉填料对连接强度的影响,并对连接层的微观结构及成分进行了分析.结果表明,纳米铝粉的加入,促进了聚硅氮烷的裂解,降低了连接温度,减少了连接层内的孔隙等缺陷,从而有效地提高了连接强度.当连接温度为1 150 ℃,加入纳米铝粉填料所获得的连接件经2次浸渍/裂解增强处理后,其室温三点抗弯强度达到最大值为146.8 MPa.XRD分析表明,连接层含有Si3N4,SiC及少量AlN等微粒.微观结构及成分分析显示,连接层厚度约为5 μm,元素分布较为均匀,连接层与母材之间接合良好.     

采用新型聚硅氮烷连接无压烧结SiC陶瓷

采用新型陶瓷先驱体聚合物-含乙烯基聚硅氮烷(PSZ)连接无压烧结SiC陶瓷.研究了PSZ的裂解过程以及连接温度、浸渍/裂解增强处理、惰性填料对连接强度的影响,并对连接区域微观结构进行了分析.结果表明,在1200～1400℃温度范围内,PSZ的裂解产物发生了由非晶态向晶态的转变.随着连接温度的升高,连接强度先升高后降低;浸渍/裂解增强处理可较大幅度提高接头强度;另外加入适量的纳米SiC填料可有效提高连接强度.当连接温度为1300℃,纳米SiC填料(质量分数)为5%时,经三次增强处理的连接件接头剪切强度达33.5 MPa.微观结构分析显示,连接层厚度约为3～4 μm,连接层与母材之间界面接合良好.     

先驱体转化制备2D Cf/SiC复合材料力学性能

以国产3k JC1#纤维布为增强体,以聚碳硅烷和SiC微粉为先驱体和填料,分别采用热压辅助先驱体转化和先驱体浸渍裂解工艺制备了2D Cf/SiC复合材料.结果表明,热压辅助先驱体转化工艺制备的2D C/SiC复合材料纤维损伤严重,基体较为疏松,材料力学性能很低,弯曲强度和断裂韧性仅为84.3 MPa和6.5 MPa·m1/2.而先驱体浸渍裂解工艺制备的2D C-SiC复合材料纤维损伤较小,具有较好的界面结合,内部孔隙较为均匀,力学性能较好,弯曲强度和断裂韧性分别达到321.6 MPa和17.8 MPa·m1/2.材料具有较好的高温力学性能,1300℃时力学性能有较大幅度的提高,1600℃和1800℃时复合材料力学性能还可以较好地保持.     

TaC-SiC陶瓷的制备与表征

TaC-SiC陶瓷具有优异的耐超高温性能和良好的耐高温氧化性能,是一种可满足航空航天和高性能武器装备应用要求的理想陶瓷材料之一。本文以纳米钽粉和聚碳硅烷为原料,采用超声和球磨混合方式按照钽粉质量分数分别为5%、10%、25%、55%制备了不同陶瓷先驱体。通过SEM、TG、IR、XRD、EDS等表征先驱体的组成、结构以及裂解过程。结果表明：纳米钽粉均匀分散在聚碳硅烷中;先驱体的陶瓷产率随着Ta含量的增加而增加;1073 K时先驱体基本无机化,Ta开始转变为TaC,1673 K时,金属钽完全转化为TaC;先驱体转化得到的陶瓷具有分布均匀、组成稳定等优点。     

陶瓷先驱体聚硅氮烷连接Cf/SiC工艺及连接性能

采用陶瓷先驱体转化法连接Cf／SiC复合材料。针对Cf／SiC复合材料的不同连接界面特性,采用不同的连接配方和工艺。结果表明：对于第一类以SiC相为主的连接界面,采用单一的聚硅氮烷即可实现Cf／SiC复合材料的连接,当连接温度为1300℃,经两次浸渍／裂解增强处理的连接件接头抗剪强度达最大值29．6MPa;连接层厚度为2～3μm,其结构较为均匀致密,由无定型SiNC陶瓷组成;对于第二类以C纤维端面为主的连接界面,采用聚硅氮烷并加入活性填料纳米Al粉来实现其连接：当连接温度为1150℃,经两次浸渍／裂解增强处理的连接件抗剪强度达最大值22．5MPa;连接层厚度约为30μm,连接层中含有SiC、Si3N4和AlN等相。     

活性填料法制备C_f/SiC-BN复合材料

通过向浆料中引入活性填料硼粉,利用热处理过程中活性填料与有机前驱体的裂解产物及保护性气氛发生反应产生的体积膨胀抵消PIP法制备纤维增强陶瓷基复合材料时因有机前驱体裂解而产生的体积收缩.通过XRD和EPMA研究了活性填料对材料性能及微观结构的影响.通过硼粉和N_2之间的反应,h-BN相被引入到材料中.复合材料在断裂过程中表现出非脆性断裂过程且伴随有纤维拔出.     

Effects of pyrolysis temperature and fillers on joining of ceramics via silicone resin

The joining of graphite, ceramic SiC and Cf/SiC composites via preceramic silicone resin（SR） at high temperature （800 - 1 400℃ ） was studied. The curing and pyrolysis process of SR, pyrolysis temperature, inert and active fillers were especially discussed. The results show that the curing process of SR was accomplished by consu- ming Si--OH. The temperature of 1 200 ℃ is the appropriate treating temperature for graphite and SiC ceramic, and the temperature of 1 400 ℃ is suitable for Cf/SiC composites. Inert filler SiC powder（5%, mass fraction） has much positive influence on the shear strength of the joints. Active filler nano Ai, Si powder can greatly improve the properties of the joints treated at high temperature. The improvement is over 700 %.     

Invar合金与Si_3N_4陶瓷钎焊接头界面组织和性能研究

采用Ag Cu Ti活性钎料对Invar合金和Si3N4陶瓷进行钎焊连接,研究了接头界面组织及其形成机制,分析了钎焊工艺参数对接头界面结构和性能的影响。结果表明,钎焊过程中液态钎料中的活性元素Ti与Si3N4陶瓷发生反应,在陶瓷界面形成致密的Ti N和Ti5Si3反应层;同时,Invar合金向液态钎料中溶解,与活性元素Ti反应生成脆性的Fe2Ti和Ni3Ti化合物。钎焊温度和保温时间影响Si3N4陶瓷界面反应层的厚度以及接头中Fe2Ti和Ni3Ti脆性化合物的形成量和分布,这两方面共同决定着接头的抗剪强度。当钎焊温度为870℃,保温15 min时,接头的平均抗剪强度最大值达到92.8 MPa,此时接头的断裂形式呈现沿Si3N4陶瓷基体和界面反应层的复合断裂模式。     

Si3N4/AgCu/TiAl钎焊接头界面结构及性能

采用AgCu非活性钎料实现了Si3N4陶瓷与TiAl基合金的钎焊,确定接头的典型界面组织结构为:TiAl/Ti3Al+Ti(s,s)/AlCuTi/Ag(s,s)+AlCu2Ti/Ti5Si3+TiN/Si3N4陶瓷。钎焊过程中,活性元素Ti从TiAl母材溶解到钎料中与Si3N4陶瓷发生反应润湿,实现了TiAl与Si3N4陶瓷的连接。随着钎焊温度的升高及保温时间的延长,靠近Si3N4陶瓷的TiN反应层厚度增加,Ag基固溶体中弥散分布的AlCu2Ti化合物聚集长大成块状,导致接头性能下降。当钎焊温度T=860℃,保温时间为5min时接头抗剪强度达到最大值124.6MPa。基于反应热力学及动力学计算TiN层反应激活能Q约为528.7kJ/mol,860℃时该层的成长系数KP=2.7×10-7m/s1/2。     

金属钽掺杂聚碳硅烷制备TaC-SiC纤维研究

本文以纳米级金属钽粉和聚碳硅烷为原料,通过超声和球磨混合得到了钽掺杂的SiC陶瓷先驱体,经熔融纺丝、电子束不熔化和高温烧成制备了连续TaC-SiC纤维。采用FT-IR、TG、XRD、SEM和EDS等表征了先驱体纤维的结构和热失重、陶瓷纤维的结构组成和微观形貌。结果表明金属钽的引入促进了PCS的交联,将先驱体的陶瓷产率提高到69.3wt%;金属钽通过与纤维中的富余碳反应生成TaC;所得TaC-SiC陶瓷纤维表面光滑、结构致密,具有优异的耐高温性能。该方法在制备TaC-SiC复相陶瓷纤维上有很好的应用前景。     

溶胶-凝胶法制备Ti(C,N)-Mo_2C-Ni复合粉末的研究

本文采用溶胶-凝胶法在较低温度(1 400℃)下制备了Ti(C,N)-Mo2C-Ni金属陶瓷复合粉末。通过红外光谱(FTIR)、X-ray衍射(XRD)、热重分析(TG-DTA),扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、比表面积分析(BET)、氮/氧含量测定等分析检测方法 ,对该粉末的制备过程进行了初步的研究与分析。结果表明:在1 400℃,真空条件下,以钛酸四丁酯为钛源,以蔗糖为碳源,乙二醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法结合碳热还原法所制得的Ti(C,N)-Mo2C-Ni金属陶瓷复合粉末晶粒小,纯度较高;其制备机理为:原料通过水解、缩聚、裂解/分解等反应,经过干燥后首先得到TiO2混合先驱体粉末,再经过碳热还原及一系列化学反应最后生成了Ti(C,N)-Mo2C-Ni金属陶瓷复合粉末。     

Microstructure of Si3N4/Si3N4 joint brazed using Cu-Pd-Ti alloy filler

Microstructure of the Si3 N4/Si3 N4 joint brazed using an active filler of Cu-Pd-Ti alloy was analyzed by means of EPMA and XRD. The results indicate that a perfect Si3 N4/Si3 N4 joint is obtained by using an active filler of Cu76.5Pd8.5Ti15 alloy with brazing temperature, pressure and holding time of 1 373 - 1 473 K, 2× 10-3 MPa and 1.8 ks, respectively. The filler alloy in the joint is a Cu-Pd solution containing reactant of TiN, PdTiSi and Pd2Si.The interface between the filler alloy and Si3 N4 ceramic is composed of TiN reactant.     

纳米Ba_3Ti_4Nb_4O_(21)微波介质陶瓷粉体制备及表征

以铌柠檬酸盐、乙酸钡和钛酸正四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法,通过控制反应条件,在700℃的温度下获得Ba3Ti4Nb4O21纳米粉体,比采用普通固相法合成的温度低400℃左右。用红外光谱,差热-热重,X射线衍射以及透射电镜等手段表征Ba3Ti4Nb4O21柠檬酸盐前驱体以及煅烧后粉体的各项特性。结果表明:用柠檬酸盐溶胶-凝胶法制得的前驱体在700℃煅烧2h后,可获得纯Ba3Ti4Nb4O21纳米粉体,其平均粒径在30～50nm,适合于微波介质陶瓷的制备。