先驱体转化法制备低电阻率Si-O-C纤维

通过采用将聚二甲基硅烷（PDMS）与聚氯乙烯（PVC）共裂解合成碳化硅－炭纤维先驱体,并经熔融纺丝及不熔化处理,最后经过烧成制得Si-C-O陶瓷纤维。讨论了影响合成产物的因素。研究表明纤维的强度随纤维中碳含量增加而下降。纤维的电阻率比单纯通过聚碳硅烷纤维得到SiC纤维大大降低。     

组成和结构对连续SiC纤维电阻率的影响

通过烧成制备了电阻率量级大小不同的三种连续SiC纤维, 对纤维的元素组成、结晶性能和表面结构进行了分析. 结果表明: 通过调整不熔化及烧成工艺参数可以获得电阻率量级不同的连续SiC纤维. 当纤维表层具有一定厚度的高富碳层结构时, 纤维的电阻率受整体自由碳含量与结晶性能的影响不再显著, 此时, 纤维将具有较低的电阻率. 富碳层的产生与不熔化纤维烧成时分解产生的烃类小分子的重新裂解沉积有关. 通过低温氧化除去纤维表面的富碳层可以使纤维电阻率增大. 表面结构对连续SiC纤维的电阻率大小有重要影响.     

低电阻率Si—C—O纤维制备—聚合物原丝的不熔化处理

采用聚二甲基硅烷（PDMS）与不同比例的聚氯乙烯（PVC）共裂解合成制备富碳Si-C-O纤维的先驱体聚合物,经熔融纺丝制成聚合物原丝,通过热分析,红外光谱研究了合物原丝的空气不烷化处理机理,结果表明,聚合物原丝的不熔化机理与纤维的组成有关,考察了不烷化温度,时间及升温速率等因素对纤维不熔化处理的影响。     

富碳的Si-Ti-C-O纤维的制备及其性能研究

以聚硅烷（PS）,聚氯乙烯（PVC）和钛酸四丁酯（Ti(OBu)4合成含碳量不同的聚钛碳硅烷（TPO）先驱体,经熔融纺丝,不熔化处理,高温烧成制备出具有较好工艺性能和电阻率为10^3-10^0Ω.cm,的富碳Si-Ti-C-O纤维,运用IR,GPC,VPO等分析手段系统地研究了富碳PTC先驱体的合成,讨论了含碳量对纤维的制备工艺及纤维性能的影响。     

自由碳的脱除对SiC纤维微观结构和性能的影响

采用加氢烧成法脱碳, 制备了不同自由碳含量的连续SiC纤维。通过元素分析、红外、X射线衍射和拉伸试验等手段对纤维的脱碳过程、元素组成、微观结构和性能进行了分析。结果表明: 加氢烧成通过抑制脱H₂反应、促进脱CH₄反应而实现有效脱碳, 且氢气浓度越高, 纤维中的碳含量越低。纤维芯部元素分布均匀, 表明该方法可以实现均匀脱碳, 但表面出现很薄的富碳层, 这是纤维经氢气处理后表面吸附氧形成的富氧层在高温烧成时分解所致。自由碳的脱除引起纤维晶粒长大, 密度增加, 孔隙率降低, 电阻率升高, 拉伸强度与拉伸模量提高。近化学计量SiC纤维具有优异的综合性能。     

低电阻率SiC纤维先驱体的合成与表征

采用将聚二甲基硅烷（PDMS）与聚氯乙烯（PVC）共裂解合成制备低电阻率SiC纤维先驱体聚合物,并利用元素分析,IR、NMR等手段对该聚合物进行了表征,结果表明,聚合物结构与原料中聚氯乙烯有关,当聚氯乙烯含量较高时,生成的先驱体聚合物既有聚碳硅烷的结构特征,又具有-CH=CH-共轭结构特征的-（SiCH3-CH2)-n-（CH=CH）-m嵌段共聚物。而当聚氯乙烯含量较低时,生成的先驱体为高度支化的聚碳硅烷结构的聚合物,先驱体中的碳含量随原料中的聚氯乙烯的增加而增加。     

含镍碳化硅纤维的制备及其电磁性能Ⅱ.含镍碳化硅纤维的电磁性能

研究了含镍碳化硅纤维的电阻率和复电磁参烽。随着烧成温度和纤维内镍含量的提高,陶瓷纤维的电阻率下降,复电磁参数均增加。陶瓷纤维内的游离碳是影响纤维电阻率的主要因素。这种纤维与环氧树脂复合制成的结构吸波材料对雷达波具有良好的吸收。     

一种具有稳定富碳表层的SiC纤维的制备与性能

采用不饱和烃不熔化处理后的聚碳硅烷（PCS）纤维经高温烧成可制得一种新型的SiC纤维,纤维的抗张强度达2.5~2.8GPa,氧含量4wt%~6wt%,电阻率仅为0.5Ω·cm左右,大大低于采用传统空气不熔化方法得到的SiC纤维.研究表明:该纤维表面存在厚度约50nm的富碳层,并且在Ar气中进行高温热处理后,表面富碳层结构无明显变化.与日本通用级SiC纤维Nicalon NL202 相比,纤维的耐热性提高200~300℃.纤维具有低电阻率稳定性,从室温到1600℃,其电阻率始终保持在0.4~0.8Ω·cm.     

Si-Fe-C-O纤维电磁性能的研究

系统地研究了二茂铁、烧成温度、保温时间、氧含量以及游离碳等因素对Si-Fe-C-O纤维电阻率的影响.结果表明:二茂铁的增加、烧成温度的提高和保温时间的延长都有利于Si-Fe-C-O纤维电阻率的降低,而氧含量的增加和游离碳的减少增加了纤维的电阻率.Si-Fe-C-O纤维的磁性能是各向异性的.     

含过渡金属的碳化硅纤维的制备及其电磁性能

采用超声波将平均粒径70～80nm的金属铁、钴、镍、钛微粒均匀分散到聚碳硅烷(PCS)内,通过熔融纺丝、不熔化处理、烧成,制备出具有良好力学性能和雷达波吸收性能的含过渡金属的碳化硅纤维(掺混型SiC纤维)。系统研究了惨混型SiC纤维的制备工艺及其电磁性能的影响因素,讨论了烧成过程中纤维微观结构的变化与纤维电学性能之间的关系,指出含Fe、Co、Ni的掺混型SiC纤维内游离碳的含量及其微观结构变化是影响纤维电阻率最重要的因素,这类纤维的导电模型是在外加电场作用下,自由电子主要沿纤维内连续的层状游离碳流动形成电流。含钛SiC纤维内主要的导电相是TiC。Ti含量达到一定值时,纤维内的TiC颗粒彼此相连成为连续相,导致纤维电阻率急剧下降。控制先驱体内金属含量和掺混型SiC纤维的烧成温度可以有效控制和调节掺混型SiC纤维的电阻率、复介电常数和复磁导率。含钛SiC纤维是一种非磁性纤维,掺杂Fe、Co、Ni的掺混型SiC纤维显一定磁性。电阻率为10~2Ω·cm左右的掺混型SiC纤维对X波段的雷达波具有最佳吸收性能。通过阻抗匹配优化设计,所制备的掺混型SiC纤维与环氧树脂复合制成的厚度4～5mm的多层结构吸波材料对X波段的电磁波具有较好的吸收性能。     

电阻率可调的Si—Ti—C—O纤维的研制

以Ｔｉ（ＯＢｕ）４与低分子量聚硅烷为原料合成不同含钛量的聚钛碳硅烷,经熔融纺丝、空气不熔化及高温烧结等工艺,制备出了电阻率为１０６～１０３Ω·ｃｍ的Ｓｉ－Ｔｉ－Ｃ－Ｏ纤维。通过ＩＲ、ＧＰＣ、ＶＰＯ、ＸＰＳ等分析手段,系统地研究了钛含量对纤维的制备、结构及其电性能的影响     

短纤维增强C/C-SiC复合材料的微观结构与力学性能EI北大核心CSCD

综合原料的热物理性能分析和配比设计,实现了C/C复合材料载体孔隙体积的精细控制,采用热压-熔渗两步法在低温条件下制备了具有高致密、低残余Si含量特征的短碳纤维增强C/C-SiC复合材料。系统解析了C/C-SiC复合材料成型过程中的结构演变行为,研究了短纤维增强C/C-SiC复合材料的力学性能和失效机制。结果表明:多孔C/C复合材料载体孔隙的孔径呈双极分布特征,添加芳纶纤维可提高网络孔隙结构的连通性,具有显著的孔隙结构调控作用。SiC基体以网络骨架形态分布于C/C-SiC复合材料内部,与纤维束形成了强界面结合钉扎结构,高含量纤维协同作用下使C/C-SiC复合材料具有优异的综合力学性能,添加芳纶纤维可明显增加复合材料内部裂纹扩展路径,提高C/C-SiC复合材料的断裂韧性。碳纤维的面内各向同性分布及陶瓷相层间均匀分布对C/C-SiC复合材料承载、摩擦稳定性提升均具有积极作用。     

Chemical, mechanical and microstructural characterization of low-oxygen containing silicon carbide fibers with ceramic coatings

Room temperature tensile strengths of as-received Hi-Nicalon fibers and those having BN/SiC, p-BN/SiC, and p-B(Si)N/SiC surface coatings, deposited by chemical vapor deposition, were measured using an average fiber diameter of 13.5m. The Weibull statistical parameters were determined for each fiber. The average tensile strength of uncoated Hi-Nicalon was 3.19 ± 0.73 GPa with a Weibull modulus of 5.41. Strength of fibers coated with BN/SiC did not change. However, fibers coated with p-BN/SiC and p-B(Si)N/SiC surface layers showed strength loss of ~10% and 35%, respectively, compared with the as-received fibers.The elemental compositions of the fibers and the coatings were analyzed using scanning Auger microprobe and energy dispersive X-ray spectroscopy. The BN coating was contaminated with a large concentration of carbon and some oxygen. In contrast, p-BN, p-B(Si)N,and SiC coatings did not show any contamination. Microstructural analyses of the fibers and the coatings were done by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and selected area electron diffraction. Hi-Nicalon fiber consists of fine -SiC nanocrystals ranging in size from 1 to 30 nm embedded in an amorphous matrix. TEM analysis of the BN coating revealed four distinct layers with turbostratic structure. The p-BN layer was turbostratic and showed considerable preferred orientation. The p-B(Si)N was glassy and the silicon and boron were uniformly distributed. The silicon carbide coating was polycrystalline with a columnar structure along the growth direction. The p-B(Si)N/SiC coatings were more uniform, less defective and of better quality than the BN/SiC or the p-BN/SiC coatings.     

由PDMS与PVC共热解聚碳硅烷制备SiC-C纤维

以聚二甲基硅烷(PDMS)与聚氯乙烯(PVC)为原料,经过共热解聚合反应合成了聚碳硅烷(PCS P),并制备出SiC C纤维.利用IR、XRD、XPS等分析方法对先驱体PCS P与SiC C纤维的组成、结构与性能进行了研究.结果表明,在PVC的引入量适当的条件下,通过共热聚将少量的短碳链引入到聚碳硅烷结构中,使SiC-C纤维的电阻率显著降低到10-1～101Ω·cm,并保持了良好的结晶性和耐氧化性.     

静电纺丝法制备Si/C复合负极材料及其性能表征

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为高分子聚合物配体, 采用静电纺丝法制备了Si/C复合负极材料。利用PVP高温烧结形成的碳作为体积缓冲骨架, 有效地解决了硅在循环过程中的体积膨胀和粉化问题。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的晶体结构及微观形貌进行了研究。结果表明, 材料整体呈纤维状分布, 纤维直径300 ~ 400 nm, Si粒子以“麦穗状”均匀地分布在由无定形碳构成的纤维上。电化学测试结果表明, 复合材料首次充放电的不可逆容量为294.9 mAh/g, 是由于电极与电解液界面间固态电解质(SEI)膜的形成所致。另外, 复合材料在低倍率(0.1C、0.2C和0.5C)和高倍率(1.0C和2.0C)下均具有较高的库伦效率及较好的循环稳定性。     

耐高温的SiC(Al)纤维

聚硅碳硅烷 (PSCS)与乙酰丙酮铝(Al(AcAc)₃)在一定条件反应制备了耐高温SiC(Al)纤维先驱体聚铝碳硅烷( PACS)。PACS通过熔融纺丝、预氧化处理、低温烧成、高温烧结等一系列工艺过程制备了耐高温SiC (Al)纤维 。SiC (Al) 纤维的化学组成为Si₁C_1.15O_0.026Al_0.013,主要结构是平均晶粒为95 nm的β-SiC,O和游离C含量均大大低于Nicalon纤维 ( O>10wt%,游离C>10wt%),同时含有微量的Al和少量的 α -SiC。纤维表层O含量和Si含量略高于纤维内部,表面光滑平坦,没有明显表面缺陷。 SiC (Al) 纤维的平均直径为13 μm,平均强度为2.3 GPa,1400℃氩气中处理1 h,强度保留率95%以上;1800℃氩气中处理1 h,强度保留率为71%。纤维的高温稳定性高于Nicalon纤维,低于Tyranno SA纤维。      

Effect of nano carbon additives on the microstructure of polyvinyl chloride heated up to 2000°C

Polyvinyl chloride (PVC) is one of the most commonly used thermoplastic materials among worldwide polymer consumption. The PVC exhibits particular inherent properties such as low cost and high performance, it can be obtained from different techniques. PVC products will finally become waste. As a result, the quantity of waste PVC is gradually increasing. The waste product PVC can be converted to graphite. Graphitic structure was obtained by carbonization of polymers to 1000°C, and subsequent heating to 2000°C. In this study the effect of carbon nanotube (CNT) and carbon black additives on the graphitic microstructure of PVC polymer was investigated. The solution of PVC in tetrahydrofuran (THF) was prepared then additives were dispersed in solution by ultrasonic. The additives were applied in the concentration between 1 and 3wt%. Changes in graphitic microstructure were studied via Raman spectroscopy, X-ray diffraction, and Transmission electron microscopy (TEM). Morphology of microstructures studies with scanning electron microscopy (SEM). The results show that the additives do not develop the graphitic microstructure and do not improve the formation of flaky graphite crystals.     

丁腈橡胶中空纤维阻尼新材料的制备及性能

针对丁腈橡胶(NBR)黏度过大和相转化时间较长难于纺制中空纤维的问题, 采用先与聚氯乙烯(PVC)共混改性再用干-湿相转化的方法制备出轻质、低耗材的丁腈橡胶中空纤维阻尼新材料, 探讨了NBR与PVC质量比和共混聚合物质量分数对NBR中空纤维阻尼及力学性能的影响。结果表明: 中空纤维结构阻尼性能明显优于对应的平板膜结构; 调整NBR与PVC质量比和共混聚合物质量分数可优化NBR中空纤维的拉伸性能及阻尼性能; 可通过提高NBR与PVC质量比使NBR中空纤维阻尼材料的损耗因子峰值所对应的温度向低温方向偏移。共混聚合物质量分数为25%, NBR与PVC质量比为80∶20时, NBR中空纤维阻尼损耗因子最大, 达到0.78。      

高性能SiBN(C)陶瓷纤维的热稳定性能及透波性能

SiBN(C)陶瓷纤维因其优异的性能(高温稳定性、高温抗蠕变和高温抗氧化性能等)被认为是高温高性能陶瓷基复合材料的理想增强体。研究了SiBN(C)陶瓷纤维的热稳定性能及微观结构, 探索了SiBN(C)陶瓷纤维在1 100~1 500 ℃的抗氧化过程, 并研究了C含量对SiBN(C)陶瓷纤维介电性能的影响。结果表明: SiBN(C) 陶瓷纤维在高温热处理至1 600 ℃的N₂气氛下仍然呈现无定形结构;HT-TGA结果表明该SiBN(C)陶瓷纤维具有良好的高温热稳定性, 该陶瓷纤维的热失重率(1 450 ℃, N₂气氛)仅为1.5wt%; 同时SiBN(C)纤维也表现出优良的高温抗氧化性能, SiBN(C)陶瓷纤维在1 400 ℃, 空气中处理5 h后, 纤维致密且无裂纹, XRD分析表明SiBN(C)陶瓷仍然呈现无定形结构, 1 500 ℃处理5 h后, SiBN(C)陶瓷纤维开始出现皮芯结构, 并且出现微晶现象; XRD、SEM和EDX等测试手段表明氧化后样品的表面主要以SiO₂微晶形式存在; 介电性能研究表明当C含量低至0.1wt%时, SiBN(C)陶瓷纤维的介电常数为2.1, 介电损耗为0.001 7(频率为10 GHz)。性能评价说明该SiBN(C)陶瓷纤维可满足高温透波材料对增强体的要求。