碳化锆陶瓷有机前驱体的热解过程

合成了碳化锆陶瓷有机前驱体,研究了其在热解过程中化学成分和物相组成变化,探讨了从有机高分子向无机陶瓷转化的机理,对碳热还原反应进行了热力学分析。结果表明,前驱体在600℃以下完成了有机结构的断裂、裂解碎片的重排与挥发,600℃以上裂解产物不再具备有机特征;随热解温度升高,无定型碳和单斜相ZrO2逐渐生成,大于1200℃时可检测到立方相ZrC,1400℃时单斜相ZrO2基本消失;1500℃时完成碳热还原反应,在远低于热力学反应温度的条件下生成了高度结晶的纳米尺寸的立方相碳化锆陶瓷。     

三氯环硼氮烷改性聚碳硅烷的合成及陶瓷转化

为研究三氯环硼氮烷(TCB)对聚碳硅烷(PCS)性能及陶瓷转化的影响,将一定量的TCB加入PCS中制备TCB改性PCS聚合物,分析了TCB与PCS的反应性及TCB用量对改性PCS结构、陶瓷收率、可加工性和SiC产物微结构的影响,并采用红外光谱、热重、X射线衍射等测试技术对相应产物进行表征.结果表明,PCS中的Si-H键可部分地与TCB中的-Cl反应生成HCl;随着TCB质量分数的增加,PCS中Si—H键相对于Si-CH3的浓度比呈下降趋势.TCB的加入可显著提高PCS的陶瓷收率,TCB质量分数大于8%时,陶瓷收率质量分数约增加10%.TCB质量分数为5%～8%时,可在提高PCS收率的同时使其保持较好的可加工性能,TCB质量分数大于8%时,可加工性能变差.B、N的引入对SiC的微结构有影响:在氩气保护下,经1000℃热处理时,TCB的加入促进SiC晶粒的生长;经1400℃热处理时,TCB的加入抑制SiC晶粒的长大.     

气相催化裂解法制备微米级螺旋形炭纤维的研究

以商用乙炔为碳源，镍板为催化剂，含硫化合物为助催化剂，通过气相催化裂解法（VCC）制得了微米级螺旋形炭纤维。通过对影响微螺旋形炭纤维生长因素研究。发现将镍板直立放置于石英管中，可以提高螺旋形炭纤维的收率。同时发现反应温度为710℃～800℃，C2H2/H2=1：3。含硫化合物的流量为1.0mL/min～1.2mL/min时，有利于规整螺旋纤维的生成，通过调节N2的流量，可以获得螺径不同的炭纤维。气体总流量约200mL/min时可制得螺径约4μm的规整炭纤维；气体总流量约150mL/min时可获得螺径约20μm的炭纤维。利用扫描电子显微镜（SEM）考察了螺旋纤维的微观形貌，发现所得的纤维几乎为双螺旋，同时在螺旋纤维生长的先端常观察到由弯曲纳米级纤维形成的绒状物。     

前驱体热解氮化硼/碳化硅复相泡沫陶瓷的抗氧化与高温隔热性能研究

以聚碳硅烷(PCS)和三甲胺基环硼氮烷聚合前驱体(PBN)进行共聚合制得复合前驱体, 以此为原料采用高压裂解发泡技术制备了一种氮化硼/碳化硅(BN/SiC)复相开孔泡沫陶瓷. 由包含不同比例组分的起始前驱体所制得的泡沫陶瓷的孔隙直径在1~5 mm, 体积密度在0.44~0.73 g/cm³之间. 对该陶瓷材料的微观结构和性能的研究表明, 由于BN相的引入使得BN/SiC复相泡沫陶瓷在800~1100℃的抗氧化性能有了显著的提高; 其压缩强度随着引入BN比例的增加而提高, 约为纯SiC泡沫陶瓷的5~10倍. 其中以组分重量比为1:1的起始复合前驱体所制备BN/SiC复相多孔陶瓷在1500℃时的导热系数仅为4.0 W/(m·K); 对其进行隔热性能测试, 材料热面中心温度为1400℃时, 其背面中心温度仅为280℃; 采用有限差分法数值模拟背部升温历程, 将其有效导热系数代入计算模型, 得到材料背部中心温度升温历程的数值模拟结果, 与实际升温历程基本一致.     

螺旋形炭纤维的吸波性能

通过气相催化裂解法分别制得了螺径约为4μm、螺距为0.5μm～0.8μm的炭纤维（简称为coils-A）和螺径为20μm左右、螺距为1μm～4μm的炭纤维（简称为coils-B）.以coils-A和coils-B为掺杂体与石蜡制成复合材料在8.2 GHz～124 GHz范围内通过反射传输系统测量其电磁参数,结果表明该等微米级螺旋形炭纤维磁损耗为零,其中coils-B的介电参数的虚部及其损耗正切值tanδε较coils-A的高.分别以coils-A和coils-B为手性掺杂体制得填充有手性材料的夹芯蜂窝板复合材料,研究发现coils-A的吸波效果较好,在10 GHz～15 GHz的范围内对电磁波的反射衰减量大于10 dB,在4.6 GHz～18 GHz 的范围内对电磁波的反射衰减量均大于5 dB,在12.4 GHz时最大的反射衰减量为18 dB,其结果与藉由电磁参数所预测的结果相反.经计算,coils-A的手性参数ξ较大.因此,手性参数ξ对于提高吸波性能的影响大于介电参数ε的影响.     

C/C-ZrB2-ZrC-SiC超高温复相陶瓷基复合材料的性能

以聚合有机锆烷、聚合有机硼氮锆烷与聚碳硅烷组成的共溶前驱体为原料,采用化学气相渗透和聚合物浸渍裂解工艺制备了C/C-ZrB2-ZrC-SiC超高温陶瓷基复合材料,对其物相组成、微观结构、力学性能和抗烧蚀性能进行了研究. 结果表明,所制材料基体由ZrB2和ZrC纳米颗粒均匀弥散分布于连续的SiC相中构成. 随热解炭含量增加,材料的弯曲强度和断裂韧性皆呈先上升再下降的趋势,其含量为22.3%(j)的材料的力学性能最优,弯曲强度和断裂韧性分别为127.9 MPa和6.23 MPa×m1/2,且具有假塑性断裂特性. 材料在1800~2200℃等离子弧中1000 s的线烧蚀率小于1.67 mm/s,质量烧蚀率小于1.66 mg/s.     

有机前驱体法BN纤维的制备和表征

以聚合环硼氮烷前驱体(PBN)为原料, 通过熔融纺丝、不熔化处理、高温热解陶瓷化等工艺制备了BN中空陶瓷纤维. 利用XRD、SEM、TEM等对BN中空纤维的物相、结构和形貌进行了分析和表征, 同时测量了BN中空纤维的抗氧化性能及介电性能. 研究表明, 升温速率和热解温度是影响BN中空纤维的结构及介电性能的重要因素. 在优化工艺条件下, 制备BN中空纤维介电性能优异, 介电常数ε′和介电损耗正切值tanδ分别小于3.30和0.00064(室温, 7~18 GHz), 在氧化气氛中的使用温度高达950℃.     

中间相沥青基炭泡沫体的制备、结构及性能

以合成中间相萘沥青为原料，采用加压发泡法制备孔径均匀的初生炭泡沫体，经700℃～1000℃和2300℃～2800℃热处理制备出炭化和石墨化炭泡沫体；以700℃炭化处理所得的炭泡沫体作为芯材制成夹芯复合材料。研究了原料性能、发泡以及热处理工艺参数对炭泡沫微观结构和力学性能的影响，考察了炭泡沫体夹芯复合材料的微波吸收性能。结果表明：发泡过程中保持均匀的温度场是制备孔径均匀的炭泡沫体的关键因素，压力是影响孔结构的主要因素。炭泡沫体的微晶结构、力学性能以及微波吸收性能沿xy和XZ面方向（分别表示垂直和平行于重力方向）具有各向异性。