SiBN陶瓷纤维的高温抗氧化性研究

采用FTIR及TG对SiBN陶瓷纤维的结构及高温稳定性进行分析,在空气气氛中1 400℃下对其进行高温氧化处理,并利用SEM、XRD、EDS等手段对高温处理后陶瓷纤维的结构及元素分布情况进行表征。结果表明:SiBN陶瓷纤维具有良好的高温稳定性,Si—N键、B—N键构成了SiBN陶瓷纤维的骨架架构,其碳的质量分数仅为0.1%;经高温氧化处理后SiBN纤维出现明显的皮芯结构,其中O元素以SiO2的形式主要富集在皮层,隔绝了纤维内部与空气的接触,从而保证了纤维的高温稳定性。另外,高温氧化处理后仍保持其纤维形状,结构致密,无明显孔洞,且仍为无定型结构。     

聚硅硼氮烷的流变性能研究

以硅硼氮烷为原料,在自制的聚合纺丝一体化设备中,缩聚反应连续化制备聚硅硼氮烷(PBSZ);探讨了PBSZ的流变特性,并对其初生纤维的结构与形貌进行了表征。结果表明:聚合反应釜一次性可制备10 kg的聚合物,在高纯氮气保护下进行聚合,得到了直径为25~30μm的不含有Si—O—Si键的初生纤维;通过动态流变测试,聚合时间为48~72 h,在一定温度下PBSZ均能表现出可纺性,且都属于剪切变稀的非牛顿流体。     

SiBNC陶瓷纤维前驱体的结构及流变性能

以三氯化硼(BCl_3)、甲基二氯硅烷(SiHMeCl_2)和六甲基二硅氮烷(HMDZ)为初始原料、甲胺(NH_2Me)为交联剂合成的SiBN(C)前驱体分子为基础,聚合得到聚硼硅氮烷(PBSZ)前驱体聚合物。通过FTIR、NMR等对其结构进行分析发现,PBSZ除Si-B-N骨架结构外,还包含硼氮六元环状结构及局部交联结构。流变分析表明,PBSZ具有良好的可纺性,其流变性能对于纺丝工艺的设定具有重要作用。采用熔融纺丝对前驱体聚合物的可纺性进行了验证,制得的前驱体纤维表面光滑、结构致密,无明显孔洞结构,直径约18μm。     

硅硼氮纤维前驱体聚合物的扩链反应改性

以柔性链遥爪聚合物[双(3-氨丙基)封端的聚二甲基硅氧烷(BTA-PDMS)]为扩链剂,对聚硅硼氮烷进行扩链反应改性,既可以提高其相对分子质量,又在刚性分子链中引入柔性链段,这显著改善了前驱体聚合物纤维的柔韧性,有望实现易退绕的目的。     

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。