聚酰亚胺/无机纳米杂化材料的研究

聚酰亚胺是一种综合性能优异的材料,现已被广泛应用于航空航天及微电子领域.但是其明显的性能缺陷限制了其在高温和精密状态下的应用;而无机纳米粒子的引入,大大弥补了其性能缺陷（如较高的热膨胀系数和较低的吸水性）,非常适合对PI改性.本文阐述了PI纳米杂化材料的制备方法,介绍了纳米杂化材料的特点及应用.     

无机纳米杂化聚酰亚胺薄膜的制备及性能研究

以聚酰胺酸作为基体，通过正硅酸乙酯（TEOS）和异丙醇铝发生水解缩合反应，然后与聚酰胺酸发生溶胶凝胶过程，从而制备出无机纳米掺杂聚酰亚胺薄膜。利用傅里叶红外光谱、热失质量、介电谱及击穿试验对其热性能和电性能进行表征和测试，考察了相应的结构与性能之间的关系。     

聚酰亚胺／SiO2杂化材料的硅核磁共振波谱和电光性质的研究

以含氟的二胺5，5’-（六氟异丙基）-二-（2-氨基苯酚）（6FHP）及二酐4，4’-（六氟异丙基）-苯二酸酐（6FDA）或均苯四甲酸酐（PMDA）为单体，以分散红1（DR1）为活性生色分子合成具有非线性光学特性的含氟聚酰亚胺，并采用溶胶-凝胶（Sol—Gel）法合成相应的聚酰亚胺／SiO2杂化材料。采用固态^29SiMASNMR谱研究了含氟聚酰亚胺／SiO2杂化材料的交联结构，结果表明杂化材料中是以T^3、Q^3、Q^4结构为主，说明在杂化材料中形成了交联网状结构．采用衰减全反射（ATR）测定了聚酰亚胺和杂化材料在832nm处的电光系数，其值分别为32、28、34和29pm／V，结果表明具有较高的电光系数。     

聚丙烯酸酯/TiO2-SiO2纳米杂化材料性能的研究

采用具有核-壳结构的纳米TiO2-SjO2与热固性聚丙烯酸酯原位复合,通过溶胶-凝胶法制得了有机-无机纳米杂化材料,并对材料的结构和性能进行了表征。结果表明：聚丙烯酸酯基纳米SiO2包覆TiO2的有机-无机纳米杂化材料在无机组分质量分数低于8％时是透明的;随着TiO2-SiO2用量的增加,纳米杂化材料的附着力是先增后降,而热稳定性则是逐渐增加;拉伸强度和冲击强度随TiO2-SiO2用量的增加都是先增后降,当TiO2-SiO2质量分数为5．10％时,拉伸强度达到最大值,提高了25％;当TiO2-SiO2质量分数为3．45％时,无缺口冲击强度达到最大值,提高了27％。     

一步法制备纳米SiO_2/环氧树脂杂化材料的研究

以正硅酸乙酯(TEOS)为无机前驱体、三乙烯四胺(TETA)为固化剂和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)为硅烷偶联剂,采用溶胶-凝胶一步法制备SiO2/EP(环氧树脂)杂化材料。研究了TEOS和丙酮含量对杂化材料的力学性能、热性能等影响,并对杂化材料的微观相态结构和性能进行了表征和分析。结果表明:当w(TEOS)=3%(相对于改性EP质量而言)时,不加丙酮的杂化材料具有相对最好的综合性能,其断面形貌呈韧性断裂,热变形温度和玻璃化转变温度均高于纯EP体系,生成的SiO2粒径为20 nm左右且分布较均匀;加入丙酮后的杂化材料透明性变好,但其力学强度和热性能均随丙酮含量增加而降低。     

水性聚氨酯/纳米二氧化硅杂化材料的研究进展

介绍了制备水性聚氨酯(WPU)/纳米Si O2(二氧化硅)杂化材料的几种方法(如纳米Si O2表面改性法、溶胶-凝胶法和原位聚合法等),特别综述了采用化学接枝改性法制备纳米Si O2和溶胶-凝胶法制备共价键连接的杂化材料的研究进展。最后对WPU/纳米Si O2杂化材料的发展方向提出了建议。     

含芳杂环结构的聚酰亚胺/SiO2杂化薄膜及性能研究

以均苯四甲酸二酐(PMDA)为二酐单体,对苯二胺(p-PDA)、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并噁唑(BOA)和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(BIA)为二胺单体,制备了聚酰亚胺(PI)树脂和薄膜,又采用三辊机制备了PI/SiO_2杂化树脂和薄膜。利用傅里叶红外光谱对材料的结构进行了表征,结果表明薄膜完全亚胺化,且SiO_2存在于PI基体中。此外,还研究了PI和PI/SiO_2杂化薄膜的热学性能和力学性能。随着2种不同粒径SiO_2的加入,PI/SiO_2杂化薄膜的耐热性能得到明显改善。与纯PI相比,PI/SiO_2杂化薄膜的玻璃化转变温度上升3～16℃,1%热失重温度提高了14～30℃,而且线性热膨胀得到抑制,PI-R106-5的线性热膨胀系数(CTE)仅为2.59×10~(-6)/℃。但是,PI/SiO_2杂化薄膜的力学性能相对于纯PI薄膜有所降低,未来应继续提高其相容性。     

含硅聚酰亚胺的合成与性能

介绍了含硅聚酰亚胺的若干不同合成和改性方法及相应产物的性能特点.     

PUA/纳米SiO_2预聚体制备及其UV固化杂化材料性能研究

在HDI(六亚甲基二异氰酸酯)三聚体表面接枝纳米SiO_2(二氧化硅),然后再与HEA(丙烯酸羟乙酯)进行反应,制备了PUA(聚氨酯丙烯酸酯)/纳米SiO_2预聚体及其UV(紫外光)固化的杂化材料,并探讨了PUA/纳米SiO_2预聚体掺量对杂化材料的硬度、柔韧性、耐冲击性、透明性和耐热性等影响。研究结果表明:当w(PUA/纳米SiO_2预聚体)=60%(相对于杂化材料质量而言)时,杂化材料的综合性能相对最好,表现为其固化时间为38 s、硬度为6H、柔韧性为1 mm、耐冲击性为26.5 kg·cm、透光率超过90%和耐热性(超过250℃)较佳。     

聚酰亚胺/纳米氧化硅氧化铝杂化膜的制备

研究了用溶胶凝胶法制得的二氧化硅及三氧化二铝溶胶,将其掺入到聚酰胺酸基体中,得到SiO2-Al2O3/聚酰亚胺杂化膜,并采用FTIR、SEM和TGA表征了所制备的杂化膜的结构微观形态和热性能。结果表明,薄膜材料中SiO2和Al2O3粒子分散均匀,与有机相存在键合,材料热分解温度有所提高。     

无压烧结Al2O3/Si3N4纳米复合陶瓷的力学性能

对Al2O3／Si3N4体系进行无压烧结。获得试样相对密度大于98％,物相分析烧结体中并没有Si3N4颗粒存在而是形成SIALON相。Si3N4和Al2O3反应生成的β-SIALON相颗粒不仅分布在Al2O3晶粒晶界处也存在于Al2O3晶粒内部,形成独特的“内晶型”结构。当受到外力时既能诱发穿晶断裂,又能引起裂纹偏转,从而起到增强的作用。由于产生晶界滑移,韧性有所下降。     

无压烧结Al2O3/Si3N4纳米复合陶瓷的力学性能

本文对Al2O3／Si3N4体系进行无压烧结。获得试样相对密度大于98％，采用物相分析，烧结体中并没有Si3N4颗粒存在而是形成SIALON相。Si3N4和Al2O3反应生成的β-SIALON相颗粒不仅分布在Al2O3晶粒晶界处也存在于Al2O3晶粒内部，形成独特的“内晶型”结构。当受到外力时既能诱发穿晶断裂，又能引起裂纹偏转，从而起到增强的作用。由于产生晶界滑移，韧性有所下降。     

热压烧结Al2O3/Si3N4复相陶瓷的研究

采用热压烧结工艺制备了Al2O3/Si3N4复相陶瓷材料,对不同温度下、不同氮化硅用量时所制备的材料进行了硬度、断裂韧性等力学性能的测试,运用X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)技术对材料的微相组成与显微形貌进行表征.结果表明1600 ℃,30 MPa,保温1 h,Si3N4用量为3wt%时所制备的材料的各项力学性能达到了最佳值.     

Thermal shock behavior of porous Si3N4 ceramics with Nd2O3 as sintering additive

The thermal shock behavior of porous Si₃N₄ ceramics with Nd₂O₃ as sintering additive was investigated by the water quenching method in the temperature difference range from 200 to 1500°C. The porosity and residual flexural strength of the specimens after single water quenching were measured to reveal the influence of thermal shock on porous Si₃N₄ ceramics. It was found that the critical temperature was 780°C, which was almost 230°C higher than its dense counterpart reported by other researchers. Scanning electron microscope was used to examine the microstructure evolution of the external surface and interior after water quenching. Surface oxidation and cracks formation were found to be the primary cause of the strength degradation of porous Si₃N₄ ceramics. The phase composition variation in the surface was also characterized by X-ray diffraction.     

Al2O3对Si3N4结合SiC材料抗氧化和抗碱侵蚀性的影响

研究了添加0～8％Al2 O3对烧成Si3N4结合SiC耐火材料的显微结构、抗氧化和抗碱侵蚀能力的影响。借助XRD、SEM及光学显微镜观察发现：添加Al2 O3通过氮化反应烧结使得材料基质中的Si3N4由纤维状Si3N4向柱状Sialon相转化,显微结构更加致密。4#试样中的Al2O3加入量对提高Si3N4结合SiC耐火材料的抗氧化和抗碱侵蚀性的作用已极其明显。     

Si3N4／Al反应烧结制备AIN／Al复合材料

研究了采用Si，N4与Al的混合粉，经压制、烧结制备AIN／Al-Si复合材料的技术方法。试验结果表明：AIN的反应生成机制属于一种连续渐进式反应形成过程，即于高温下液相Al中的Al原予渗入Si3N4的晶体点阵取代Si原予而逐渐使之向AIN晶体点阵转化的过程。被取代的Si原予从固相Si3N4中析出，扩散溶入液相Al中，冷却后形成Al-Si舍金固溶体，一般呈网状分布于AIN晶体相的周围。新生成的AIN与Al-Si合金相之间表现出很好的界面亲和性。     

流延法在Si3N4块体及Si3N4/BN层状材料制备中的应用

本采用流延法制备了Si3N4块体及Si3N4/BN层状材料,流延法已经在陶瓷的制备工艺中得到了广泛的应用,但是很少用于Si3N4体系,尤其是水基流延法。用流法制备Si3N4/BN层状材料时,可以较为容易地控制坯片的厚度,得到性能稳定的层状材料。     

B_4C外加量对Al_2O_3-SiC-Si_3N_4铁沟浇注料性能的影响

研究了B4C外加量(外加质量分数为0~0.6%)对Al2O3-SiC-Si3N4铁沟浇注料常温物理性能和高温抗折强度的影响。用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪测定了试样的物相组成和显微结构。结果表明:随着B4C加入量的增大,浇注料体积密度和常温强度先增大后减小,显气孔率先减小后增大,高温抗折强度先增大后减小;B4C外加质量分数为0.4%时,浇注料综合性能达到最佳。B4C在材料中的作用主要是促进烧结和防氧化。与未添加B4C试样相比,添加B4C的试样中生成了更多纤维状的O’-SiAlON,且长径比更大。O’-SiAlON的生长机制推断为气-固机制。     

Y2O3对高热导率Si3N4陶瓷显微结构和性能的影响

以氧含量相对较高的“平价”Si₃N₄粉体(氧含量1.85%(质量分数))为原料,Y₂O₃-MgO作为烧结助剂,制备低成本高热导率Si₃N₄陶瓷,研究Y₂O₃含量对Si₃N₄陶瓷致密化、显微结构、力学性能及热导率的影响。结果表明,适当增加Y₂O₃的加入量不仅可以促进Si₃N₄陶瓷的致密化和显微结构的细化,还有助于晶格氧含量的降低和热导率的提升。Y₂O₃含量为7%(质量分数)的样品在1 900 ℃烧结后的综合性能最佳,其相对密度、抗弯强度、断裂韧性和热导率分别为99.5%、(726±46) MPa、(6.9±0.2) MPa·m^1/2和95 W·m^-1·K^-1。     

Al/Si比对SiO2-Al2O3-MgO系玻璃结构和性能的影响

SiO2-Al2O3-MgO系玻璃因具备强度大、弹性模量高等优异性能而用作高模量玻璃纤维的制备.采用熔融冷却法制备了不同Al/Si比的SiO2-Al2O3-MgO系基础玻璃,并研究了玻璃的结构和性能.红外光谱分析表明,玻璃网络结构由铝氧四面体[AlO4]和硅氧四面体[SiO4]相互连接而成.随着Al/Si比的增加,[AlO4]含量保持不变,[AlO6]含量逐渐增加.DSC分析表明,本系统玻璃的玻璃转变点Tg、成核温度Tx均随Al/Si比的增大而提高,玻璃的析晶倾向变强烈.热膨胀分析表明玻璃的热膨胀系数随Al/Si比的增大呈现先增大后减小的趋势.物理及机械性能测试结果如下:随Al/Si比的增大,密度、弹性模量均随之不断增大;而弯曲强度和维氏硬度则是持续降低.