聚硼硅氮烷先驱体的合成及其目标陶瓷SiBNC的性能

以三氯化硼、甲基氢二氯硅烷、六甲基二硅氮烷为起始原料,通过共缩合路径合成了SiBNC陶瓷先驱体-聚硼硅氮烷(PBSZ),将PBSZ在氨气气氛中高温热解可得SiBNC陶瓷.对先驱体及其陶瓷产物的组成、结构和高温结晶性能进行了研究.结果表明,先驱体的骨架结构为-Si-N-B-,其中,B、N以硼氮六环形式存在.1000℃的陶瓷产率为61%,陶瓷中碳含量低于0.5%,具有较好的热稳定性能,能够在1700℃以上保持非晶,在1850℃部分结晶,主要由Si3N4、BN和少量SiC组成,1500℃-1850℃间质量损失约为10%.     

混杂聚硼硅氮烷的陶瓷化过程研究

合成了新型的陶瓷先驱 体混杂聚硼硅氮烷(H-PBSZ), 分析了其结构, 并采用TG-DTA、FT-IR、XRD以及SEM等分析手段对其裂解过程进行了研究. 结果表明, H-PBSZ结构中含有B-N、Si-N、B-H、N-H、Si-H等化学键, 随着裂解温度的升高, 含氢键逐渐减少直至消失, 最终得到BN和Si₃N₄的混合物. 在裂解过程中, 失重主要发生在100～400℃之间, 陶瓷产率约为83wt％. 裂解产物的结晶程度随着温度的升高逐渐增强, 800℃的产物基本上为无定形态, 微观形貌主要以球形颗粒为主; 1600℃的产物则已经晶化, 可以观察到层片状结构的h-BN及少量的α-Si₃N₄晶粒.     

真空气氛下非晶硅碳氮(SiCN)陶瓷的高温晶化行为

以六甲基二硅氮烷为单一前驱体,采用电热裂解化学气相沉积技术制备了SiCN陶瓷. 借助X射线衍射仪、透射电子显微镜研究了真空环境中非晶SiCN陶瓷在1300～1900℃范围内的晶化行为,并根据研究结果,运用分解-结晶机理解释了其晶化过程. 非晶SiCN陶瓷在低于1300℃开始发生分解,形成富Si-C区域,并最终发生β-SiC结晶. 其结晶度随热处理温度的升高而愈加明显.在1700℃处理时发生β-SiC→α-SiC相变. 分解形成的N-难以与Si-结合形成富Si-N区域,最终以N₂形式溢出,在整个热处理温度范围没有出现氮气下热处理时存在的Si₃N₄结晶.     

聚硼硅氮烷杂化芳炔基树脂制备及抗热氧化性能

合成带乙炔基聚硼硅氮烷(PBSZ),并与含硅芳炔树脂(PSA)进行杂化制备聚硼硅氮烷杂化芳炔基(PBSZ/PSA)树脂,以改善芳炔基树脂的抗热氧化性能。采用FTIR、NMR和凝胶渗透色谱(GPC)对合成的PBSZ进行结构表征;采用旋转流变和DSC对PBSZ/PSA树脂的工艺性能进行研究;采用TGA、SEM和EDS对PBSZ/PSA树脂固化物的热稳定性和抗热氧化性能进行了研究。结果表明:PBSZ/PSA树脂具有良好的加工性能,树脂固化放热量较低,可在210℃下固化;树脂固化物在空气气氛1000℃下的残留率为38.0%,且其氧化后表面形成了60~80 μm厚致密的保护层,可起到良好的隔绝氧气作用;改性树脂固化物1200℃烧结物展现出优异的抗热氧化性能,烧结物1200℃氧化后表面形成约10 μm厚的致密陶瓷保护层,可有效地阻止氧气对材料的侵蚀。      

先驱体热解制备富硼、氮BCN化合物及其发光性能研究

以三聚氰胺和硼酸为原料,在水溶液中反应合成出纤维状C₃N₆ H₆(H₃ BO₃)₂先驱体,通过使其在高温氮气氛下热解制备出了富硼、氮BCN化合物.利用XRD、FT-IR、XPS、SEM、HRTEM等对热解产物进行了表征,采用FS测量了热解产物的室温光致发光光谱,研究了热解温度对产物及其光致发光性能的影响.结果表明,1000℃以上热解均可制备出乱层石墨结构富硼、氮BCN化合物.随热解温度的升高,BCN化合物中的B、N含量逐渐增大,C含量逐渐减小.BCN化合物的晶体形状为棒状或纤维状,由相互交织的平均直径在2nm左右的纳米纤维构成.这些BCN化合物均为宽带隙半导体,在340~450nm和670~705nm出现了两个很强的呈明显宽化的光致发光峰,且随热解温度的升高,短波长的发射峰波长基本呈逐渐减小的变化趋势.     

固相反应法制备Nd:YAG透明陶瓷

以Y(NO₃)₃和NH₃·H₂O为原料,并在Y(NO3)3溶液中添加少量(NH₄)₂SO₄,采用沉淀法制备出化学组成为Y₂(OH)₅(NO₃)·nH₂O的先驱沉淀物.先驱沉淀物在1100℃下煅烧4h,得到了平均粒径为60nm的氧化钇原料粉体.Y₂O₃粉体与Al₂O₃、Nd₂O₃超细粉球磨混合后,采用固相反应工艺,经1700℃真空烧结5h,制备出透明的Nd:YAG陶瓷,同时对Nd:YAG透明陶瓷的光学性能进行了研究.     

不同硼含量的陶瓷前驱体聚硼硅氮烷结构与性能的研究

以甲基乙烯基二氯硅烷为原料,经硼氢化、氨解以及热聚合反应合成了一系列聚硼硅氮烷(PBSZ),重均分子量(MW)为9.0×104~2.6×105。利用改进的姜黄素直接光度法测得其实际硼含量为2.59%~9.92%(质量分数)。用FT-IR和1 H NMR对PBSZ结构进行了表征,发现硼含量高的PBSZ具有线型结构,硼含量低的PBSZ具有星型结构。线型结构的PBSZ可溶解于四氢呋喃、甲苯、乙酸乙酯、三氯甲烷和无水乙醇等常用有机溶剂中,星型结构的PBSZ不溶解。通过TGA对该系列PBSZ与自制的聚硅氮烷(PSZ)的热性能进行了对比测试,结果表明,在1 350~1 500℃区间PBSZ的失重率为0~0.09%,而PSZ的失重率为0.73%,说明该系列PBSZ转化成的Si-B-C-N四元体系陶瓷比Si-C-N三元体系陶瓷具有更好的高温稳定性。     

新型氨基储氢材料CaCl2的性能研究

研究了工作温度、起始氨压和球磨处理对无水CaCl₂的吸放氨性能的影响. 结果发现, 球磨2h样品在温度20℃和氨压0.55MPa的条件下, 15min内即可完全氨化, 形成CaCl₂(NH₃)₈, 其吸氨量可达55.1wt%, 相当于储氢量9.72wt%. CaCl₂(NH₃)₈在20～300℃的范围内可通过三步反应实现完全脱氨, 脱氨反应受温度和压力控制, 其中6个NH₃分子在常温、常压下即可脱附. 如果与NH₃分解催化剂联用, 可能是一种较好的以NH₃为介质的高容量储氢材料. 进一步研究表明, 较高的工作温度和起始氨压可以提高CaCl₂的吸氨动力学性能, 而球磨时间的增加可以显著降低其放氨工作温度, 提高其放氨动力学性能.     

掺杂CuCl钠硼硅玻璃的溶胶-凝胶方法制备及非线性光学性质

采用sol-gel方法以Na₂O-B₂O₃-SiO₂系统玻璃为基体,采用不同浓度的盐酸溶液为CuCl的先驱体溶剂,在500-600℃的温度范围内烧成了掺杂CuCl的钠硼硅玻璃,详细地研究了氯化亚铜的浓度及其先驱体溶剂对溶胶-凝胶及玻璃性质的影响,讨论了CuCl在钠硼硅干胶中的生成机制,研究了烧结条件对干胶转变成玻璃性质的影响,并研究了这种材料的光学性质,首次报道了掺杂CuCl的Na₂O-B₂O₃-SiO₂系统玻璃在1.33μm处的三阶非线性折射率,n₂=3.3×10^-20m²/W.     

SiBN三元陶瓷纤维的聚硼硅氮烷裂解转化制备和性能

以三氯硅烷、六甲基二硅氮烷、三氯化硼和甲胺为原料合成聚硼硅氮烷前驱体,对前驱体进行熔融纺丝和不熔化处理,将其高温裂解后制备出SiBN陶瓷纤维。使用FT-IR、NMR、XRD、TEM、TGA等表征手段研究了在不同聚合温度下聚硼硅氮烷前驱体的化学结构特征、SiBN陶瓷纤维的高温热稳定性、介电性能以及力学性能。结果表明：在不同温度下制备的聚硼硅氮烷前驱体的骨架为Si-N-B,均含有HSiN₃、BN₃及NCH₃等结构。在1400℃热处理后SiBN陶瓷纤维仍保持无定形态,直径为14 μm,拉伸强度达到0.91 GPa。在氮气气氛中SiBN陶瓷纤维从室温到1400℃的失重为1.5%,表明这种纤维具有较高的热稳定性。SiBN陶瓷纤维的介电常数为2.6~2.8,损耗角正切的数量级为10^-2。     

气氛对Al-MCM-41热稳定性的影响

研究了在不同气氛(氧气、氮气和氨气)条件下Al-MCM-41的热稳定性能,通过比表面积、孔径分布及X射线衍射对Al-MCM-41热稳定性的研究表明:在不同气氛条件下,Al-MCM-41的热稳定性有很大的差异,在氨气或氮气气氛下,处理温度高达1010℃条件下,Al-MCM-41仍然具有良好的介孔结构,但在氧气中介孔结构热稳定温度不超过900℃。     

纳米晶添加氧化铝粉体的低温烧结研究

以湿化学法制备的纳米α-Al₂O₃粉体作为添加剂,MgO和SiO₂为烧结助剂,对商用γ-Al₂O₃粉体预处理后,采用无压烧结工艺,有效的降低了烧结温度.在1450℃制备了高性能的氧化铝陶瓷,并对添加α-Al₂O₃纳米晶的作用机理进行了研究.     

Ca0.3(Li1/2Sm1/2)0.7TiO3微波介质陶瓷的低温烧结研究

采用传统陶瓷制备工艺, 制备了掺杂Na₂O-CaO-B₂O₃(NCB)氧化物的Ca_0.3(Li_1/2Sm_1/2)_0.7TiO₃(CLST)陶瓷, 研究了NCB掺杂量与晶相组成、显微结构、烧结性能及微波介电性能的关系. 研究结果表明: 复合氧化物NCB掺杂量在1wt%～15wt%范围内没有杂相生成, 晶相仍呈斜方钙钛矿结构. 随着NCB添加量的增加, 陶瓷致密化温度和饱和体积密度降低, 介电常数ε_r、无载品质因数与谐振频率乘积Qf值也呈下降趋势, 频率温度系数τ_f向正方向增大. NCB氧化物掺杂能有效地将CLST陶瓷的烧结温度由1300℃降低至900℃. 添加12.5wt% NCB的CLST陶瓷在低温900℃烧结5h仍具有良好的微波介电性能: ε_r=73.7, Qf=1583GHz, τ_f=140.1×10-6/℃, 满足高介多层微波器件的设计要求.     

SiBNC_f/SiBNC陶瓷复合材料抗氧化性能

以聚硼硅氮烷(PBSZ)为前驱体,SiBNC纤维(SiBNCf)为增强纤维,采用前驱体聚合物裂解转化与热压烧结技术相结合的方法制备了SiBNCf/SiBNC陶瓷复合材料。在800~1 500℃空气气氛下非等温氧化1~3h,研究了SiBNCf/SiBNC的氧化演变机制及氧化动力学行为。采用SEM、XRD研究了SiBNCf/SiBNC陶瓷复合材料氧化实验前后的微观形貌、物相,采用阿基米德体积排水法和三点弯曲测试法分析了复合材料的密度、孔隙率及力学性能。结果表明:SiBNCf/SiBNC陶瓷复合材料具有优异的抗氧化性能和高温稳定性,生成的氧化膜能有效阻隔氧气的进入,并且有效填补了SiBNCf/SiBNC复合材料的裂纹及孔洞缺陷,具有高温自愈合行为。SiBNCf/SiBNC复合材料氧化后密度提高,这能大幅度提高其三点弯曲强度,当密度从1.67g/cm3提高到1.86g/cm3时,气孔率下降41%,弯曲强度从7.51 MPa提高到26.54 MPa。     

高透光率Nd:YAG透明陶瓷的制备与性能研究

以Y(NO₃)₃·6H₂O、Al (NO₃)₃·9H₂O、(NH₄)₂SO₄和Nd(NO₃)₃为原料, NH₄HCO₃为沉淀剂, 以TEOS作为添加剂, 采用共沉淀法制备出Nd:YAG前驱体粉体; 前驱体经过1200℃煅烧5h后, 得到分散性好, 颗粒近似球型、纯YAG立方相的Nd:YAG纳米粉体, 其平均粒径约为100nm. 煅烧后的粉体压制成素坯, 在1700～1800℃煅烧10h, 可获得透光性良好的Nd:YAG激光透明陶瓷, YAG晶粒的平均尺寸为15μm, 晶界处和晶粒内没有杂质、气孔存在, 无散射中心. 1.5mm厚的样品在近红外波长为1064nm处透过率为83.5%, 基本接近于透明Nd:YAG晶体的理论值.     

Ti-Zr-V-O复合催化材料的制备及其选择性催化还原NO

采用溶胶凝胶法制备了Ti-Zr-V-O一体化脱硝复合催化材料,研究了锆掺杂对钛钒复合催化材料脱硝活性的影响,采用X 射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、傅里叶红外光谱（FT-IR）及N₂物理吸附（BET法）等测试手段,分别考察了锆掺杂对钛钒复合氧化物晶型、结晶形貌、组成、官能团结构及比表面积的影响. 实验结果表明,锆掺杂可以稳定锐钛矿晶型,细化晶粒、抑制晶体生长,改变催化剂的结晶形貌,增强固体酸性,从而优化Ti-Zr-V-O复合催化剂的催化性能. 在Ti-Zr-V-O/ATS 陶瓷颗粒整装催化剂存在下,以NH₃为还原剂进行NO的选择性催化还原脱除,锆掺杂明显拓宽了催化活性温度窗口,往高温区偏移100℃;反应温度为300℃时,NO转化率提高了17.3%.     

纳米AlN/BN复相陶瓷的显微结构与性能

采用尿素与硼酸的反应, 在850℃氮气氛下, 合成了纳米BN?包裹的AlN粉料, 通过TEM观察, BN粒径为20～30nm. 通过热压烧结制备出纳米h-BN包裹的AlN/BN 复相陶瓷, SEM/TEM观察, h-BN呈细针状, 针长100～400nm, 针宽为30～50nm. 当h-BN含量≥20wt%时, 其硬度显著降低, 提高了材料的可加工性能.