SiBNC陶瓷的制备与高温行为研究

本文通过六甲基二硅氮烷与二氯甲基硅烷和三氯化硼共聚缩合的方法,合成了SiBNC陶瓷先驱体。通过FT-IR与XPS对先驱体的化学组成与结构进行了表征,平面B-N单元与Si-N单元的随机排列形成了以–Si-N-B-为骨架的理想先驱体结构。先驱体在氮气气氛下加热到800°C后转化成多元的SiBNC陶瓷,1000°C裂解后的陶瓷产率为50.1wt%。在氮气气氛下,得到的SiBNC陶瓷在1700°C下保持无定形,在1800°C下形成Si3N4 结晶。但在氩气气氛中,得到的SiBNC陶瓷在1800°C形成明显的β-SiC 与BNC2结晶。     

高锆含量改性聚硼硅氮烷的合成与表征

本文通过Cp₂Zr(CH₂CH=CH₂)₂与液态聚硼硅氮烷(LPBSZ)在过氧化二异丙苯的作用下发生自由基共聚反应,制备了锆含量大于10wt%的含锆聚硼硅氮烷(PZC-PBSZ)。采用红外光谱、核磁共振、光电子能谱等方法研究了PZC-PBSZ的分子结构及合成机理。结果表明在先驱体的合成过程中,Cp₂Zr(CH₂CH=CH₂)₂除了自身发生自由基聚合反应外,还会与LPBSZ中的Si-H发生硅氢加成和取代反应,生成Zr-C和Zr-Si。通过TG-MS和₂₉Si MAS NMR分析表明,PZC-PBSZ先驱体中Cp、(CH₃)₃Si和(CH₃)₂SiH等官能团的脱除主要发生在400~800℃。当温度升高到800~1200℃后,先驱体基本无机化,主要发生SiHN₂C和SiN₃C结构向SiN₄结构的转变。PZC-PBSZ经1000℃以上高温热解后可以转化为ZrC纳米颗粒分布均匀在SiBNC基体的ZrC/SiBNC纳米复相陶瓷。经1800℃高温处理后,ZrC/SiBNC陶瓷仍保持均匀和晶粒细化的纳米晶结构。     

采用聚硅氮烷制备SiCN泡沫陶瓷

采用含乙烯基聚硅氮烷为原料，利用先驱体转化法与有机泡沫浸渍法相结合制备SiCN泡沫陶瓷。通过聚氨酯泡沫及聚硅氮烷的热分析制定温度曲线，研究了裂解温度、浸渍／裂解增强处理次数等工艺参数对泡沫陶瓷抗压强度的影响，采用XRD、SEM及EDS对SiCN泡沫陶瓷进行了物相、微观结构及成分分析。结果表明，在1000～1400℃温度范围内，随着温度的升高，泡沫陶瓷的抗压强度先升高后降低，增强处理对提高抗压强度有明显效果，当裂解温度为1300℃，经二次增强处理后，试样的抗压强度达11．5MPa。XRD研究表明，随着温度的逐步升高，聚硅氮烷的裂解产物发生了由非晶态向晶态的转变。微观结构分析显示，SiCN泡沫陶瓷呈三维网状结构，具有良好的贯通性，开孔气孔率达到85％。     

钛粉在聚硅氮烷裂解制备陶瓷材料中的应用

采用IR、TG、XRD等手段研究分析钛粉作为活性填料在聚硅氮烷裂解制备陶瓷材料中的应用。实验表明：钛粉可以有效改善先驱体的陶瓷产率,本实验中纯PSN-1先驱体在经1300 ℃裂解陶瓷产率仅为37.3%,通过加入质量比3/10（Ti/PSN-1）的钛粉,经1300 ℃裂解陶瓷产率为78.7%,提高了约40%;经红外光谱分析表明,通过向先驱体中加入Ti粉可以加速有机先驱体向无机陶瓷转化的速度;经X衍射分析表明,Ti粉作为活性填料能与先驱体裂解挥发份及保护气氛发生反应,生成TiC、TiN等新的物相,有利于提高陶瓷产率。     

聚烷胺基环硼氮烷热解过程中的结晶研究（英文）

通过热解两种聚烷胺基环硼氮烷制备了氮化硼(BN),1000℃的热解产物为无定形BN。采用一系列分析手段,如元素分析、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和X电子散射能谱(EDS)等对两种先驱体聚合物热解过程中的结晶行为进行了表征。两种先驱体热解产物的化学组成接近,具有对称分子结构的分子先驱体得到的BN具有更高的结晶性能。这是由于对称分子的结构更加接近六方BN。此外,对结晶产物在空气中的抗氧化性能及惰性气氛中的高温稳定性进行了研究。     

采用SiC/Si3N4陶瓷先驱体连接反应烧结SiC

采用SiC/Si3N4陶瓷先驱体聚硅氮烷连接反应烧结碳化硅陶瓷,研究了连接温度、连接压力、浸渍/裂解增强处理对连接强度的影响.结果表明：在1100℃～1400℃温度范围内,连接强度先升高后降低;连接过程中施加适当的轴向压力可提高连接层致密度;浸渍/裂解增强处理可大幅度提高接头强度.当连接温度为1300℃,连接压力为15kPa，经3次增强处理的连接件抗弯强度达最大值169．1MPa。这种连接件的断口表面粘有大量SiC母材。由XRD研究表明，随着温度的逐步升高，聚硅氮烷的裂解产物发生了由非晶态向晶态的转变。微观结构及成分分析显示：连接层为厚度2μm-3μm的SiCN无定形陶瓷，其结构较为均匀致密；连接层与基体间界面接合良好。     

采用SiC/Si_3N_4陶瓷先驱体连接反应烧结SiC

采用SiC/Si3N4陶瓷先驱体聚硅氮烷连接反应烧结碳化硅陶瓷,研究了连接温度、连接压力、浸渍/裂解增强处理对连接强度的影响。结果表明:在1100℃~1400℃温度范围内,连接强度先升高后降低;连接过程中施加适当的轴向压力可提高连接层致密度;浸渍/裂解增强处理可大幅度提高接头强度。当连接温度为1300℃,连接压力为15kPa,经3次增强处理的连接件抗弯强度达最大值169.1MPa。这种连接件的断口表面粘有大量SiC母材。由XRD研究表明,随着温度的逐步升高,聚硅氮烷的裂解产物发生了由非晶态向晶态的转变。微观结构及成分分析显示:连接层为厚度2μm~3μm的SiCN无定形陶瓷,其结构较为均匀致密;连接层与基体间界面接合良好。     

先驱体浸渍裂解法制备三维编织石英纤维／氮化物复合材料

以裂解产物为Si3N4和BN混合物的聚硅硼氮烷（polyborosilazane，PSBZ）为先驱体，通过先驱体浸渍裂解（precursor infiltration and pyrolysis，PIP）工艺，制备了三维编织石英纤维增强Si3N4和BN混合物（3D SiO2f氮化物）复合材料。对材料的致密化、力学性能、热物理性能、微观形貌进行了分析和研究。因为先驱体与石英纤维浸润性好，陶瓷产率高，所以先驱体浸渍裂解法制备3D SiO2f/氮化物复合材料致密化较快。当浸渍一裂解4次后，材料的密度增加到1．71g／cm^3，其室温-200℃的热导率小于1．2W/m．K，而其弯曲强度、弹性模量分别为130．2MPa，22．6GPa，此时断口有明显的纤维拔出现象，呈非脆性断裂。     

有机聚硅氮烷先驱体陶瓷涂层的耐高温氯腐蚀性能

在TP347不锈钢片表面制备了有机聚硅氮烷先驱体陶瓷涂层,对有无涂层试样分别进行高温HCl气体和KCl堆盐腐蚀试验,并采用增重法对试样的腐蚀质量增加曲线进行分析.结果表明:制得的涂层表面均匀致密,与基体紧密连接;在500,525,550℃HCl气体中,涂层试样的腐蚀速率较空白试样的均有所降低;在KCl堆盐中,无涂层试样...     

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.