先驱体转化法制备SiBNC陶瓷

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直接在氮气气氛中高温热解可得SiBNC陶瓷.通过元素分析、XPS、NMR、FTIR和XRD等对所得先驱体及相应陶瓷的组成、结构和高温结晶性能进行了表征.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,而C则以Si-CH3形式存在;该先驱体在1000℃下的陶瓷产率为63%,所得SiBNC陶瓷主要由Si3N4、BN、SiC等相组成,具有很好的热稳定性能,在1700℃时能够保持非晶态,在1850℃时部分结晶,且其在1500～1850℃间失重仅为3.8%左右.     

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％。     

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。     

采用新型聚硅氮烷连接无压烧结SiC陶瓷

采用新型陶瓷先驱体聚合物-含乙烯基聚硅氮烷(PSZ)连接无压烧结SiC陶瓷.研究了PSZ的裂解过程以及连接温度、浸渍/裂解增强处理、惰性填料对连接强度的影响,并对连接区域微观结构进行了分析.结果表明,在1200～1400℃温度范围内,PSZ的裂解产物发生了由非晶态向晶态的转变.随着连接温度的升高,连接强度先升高后降低;浸渍/裂解增强处理可较大幅度提高接头强度;另外加入适量的纳米SiC填料可有效提高连接强度.当连接温度为1300℃,纳米SiC填料(质量分数)为5%时,经三次增强处理的连接件接头剪切强度达33.5 MPa.微观结构分析显示,连接层厚度约为3～4 μm,连接层与母材之间界面接合良好.     

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。     

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.     

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...     

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。     

聚硅硼氧烷的制备及阻燃性能(英文)

合成了聚硅硼氧烷阻燃剂,并研究了聚硅硼氧烷的分子结构对其阻燃性能的影响,应用热分析(TGA)研究了PC/聚硅硼氧烷复合体系的热降解过程。具有线形结构Si-O链且有机侧基既有苯基又有甲基的聚硅硼氧烷的阻燃性能最好,在PC中添加质量分数5%的这种聚硅硼氧烷能使PC的LOI(LimitedOxygenIndex)从26%提高到41%。研究发现,在PC中添加聚硅硼氧烷可促进PC复合材料在燃烧过程中炭层的形成,然而,PC/聚硅硼氧烷LOI值的变化趋势与其热降解残渣量的变化趋势不完全一致,热降解残渣量最高的样品,其LOI值并不是最高的。     

TaC-SiC陶瓷的制备与表征

TaC-SiC陶瓷具有优异的耐超高温性能和良好的耐高温氧化性能,是一种可满足航空航天和高性能武器装备应用要求的理想陶瓷材料之一。本文以纳米钽粉和聚碳硅烷为原料,采用超声和球磨混合方式按照钽粉质量分数分别为5%、10%、25%、55%制备了不同陶瓷先驱体。通过SEM、TG、IR、XRD、EDS等表征先驱体的组成、结构以及裂解过程。结果表明：纳米钽粉均匀分散在聚碳硅烷中;先驱体的陶瓷产率随着Ta含量的增加而增加;1073 K时先驱体基本无机化,Ta开始转变为TaC,1673 K时,金属钽完全转化为TaC;先驱体转化得到的陶瓷具有分布均匀、组成稳定等优点。     

黏土类陶瓷原型在高温干燥中传质传热的有限元模拟

在某大学开发的直接原型熔射制模技术中,陶瓷材料由于其硬脆特性,加工时容易发生崩裂,因此切削量不能过大,导致加工大型模具时效率较低。研究通过工业机器人直接铣削陶瓷毛坯得到熔射陶瓷原型,但铣削后的黏土类陶瓷生胚原型在高温干燥固结中会发生较大的收缩变形。建立了黏土类原型材料在高温干燥过程中传质传热的数学模型,并在ABAQUS中进行了有限元模拟,得到黏土类原型材料的收缩变形规律,为后续工作打下基础。     

SiC泡沫陶瓷材料的高温氧化行为

采用可控熔渗反应烧结法制备具有宏观三维连通结构的SiC泡沫陶瓷,研究了SiC泡沫在不同温度的氧气中的氧化行为.结果表明:在800～1300 ℃温度范围内,SiC泡沫陶瓷与块体SiC陶瓷类似,其氧化动力学曲线符合抛物线规律,氧化过程受氧化剂在氧化膜中的扩散控制,氧化膜结晶后材料的氧化速率显著降低.     

Effect of Atmosphere on Synthesizing Hollow Ceramic Microspheres by Self-reactive Flame Quenching Technology

In order to obtain high comprehensive performance hollow ceramic microspheres (HCMs), used Al-Cr2O3 as the main reaction system, HCMs were prepared by Self-reactive flame quenching technology in Ar2 and N2 atmosphere respectively. Effects of the two different atmospheres on synthesizing HCMs were studied. Results show that in Ar2 atmosphere, because of incomplete reaction of agglomerate powders, porous particles with hollow structure and smooth-faced HCMs constitute the products. However in N2 atmosphere, because agglomerate powders react completely, all of them become smooth-faced HCMs. Results above show that experiment atmosphere is a important parameter to synthesize HCMs and to a great extent influences reaction process of agglomerate powders in the flame field.     

高锆Si-Al-Zr-O系非晶晶化过程

采用差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)分析、红外光谱(IR)分析和扫描电镜(SEM)观察等方法,对Si-Al-Zr-O系非晶晶化过程、晶核剂对晶化过程的影响进行了研究.结果表明:Si-Al-Zr-O系非晶在935～970℃和1 100～1 200℃分别发生了四方氧化锆和莫来石的析出反应;TiO2和ZrO2作为晶核剂引入对四方氧化锆和莫来石的析出有一定影响;TiO2含量的增加可使四方氧化锆晶相的析出能力显著提高,而ZrO2含量的增加可提高莫来石晶相的析出能力.根据晶化过程的研究结果制定了合理的晶化热处理工艺,并获得晶粒大小均匀、结构致密的微米晶、纳米晶、莫来石/SiO2-t-ZrO2复相陶瓷.     

CaO/MgO比对钙镁硅系陶瓷纤维晶化行为的影响

采用DTA、XRD等分析测试方法,探讨了钙镁硅系陶瓷纤维组成中CaO/MgO比值变化对晶化行为的影响.实验结果表明,随着钙镁比值的增大,纤维的玻璃态网络结构趋于致密,晶化温度逐渐提高;经过热处理后,钙镁比值较低(2:1)的样品中析出的主晶相为透辉石,钙镁比值较高(3:1～5:1)的样品中析出的主晶相为副硅灰石或硅灰石;相同热处理条件下,增大钙镁比值有利于主晶相的长大.     

一步常压烧结制备AlON陶瓷材料

为提高AlON陶瓷材料的力学性能、降低成本,以廉价Al和Al_2O_3粉为原料,利用常压烧结方法一步原位合成了AlON陶瓷材料.研究了成分配比和烧结助剂对材料的物相组成、密度、抗弯强度和显微组织的影响.结果表明:Al与Al_2O_3的最佳质量配比为13:87.未添加烧结助剂时,材料的最高烧结密度为2.74 g/cm~3,抗弯强度为246 MPa.添加烧结助剂(SiO_2-Y_2O_3-CaF_2)以后,材料的最高烧结密度提高到3.62 g/cm~3、抗弯强度提高到321 MPa,超过热压烧结制备AlON陶瓷材料的性能.     

镁合金表面陶化膜的制备及耐蚀性研究

目的 通过在Zr-Ti基础成膜液中添加适宜的氧化剂,获得均匀致密的陶化膜,提高膜层对AZ80镁合金的保护性.方法 通过盐雾试验和SEM观察的结果,筛选出最佳的成膜液体系.通过测试陶化膜在3.5％NaCl溶液中的极化曲线,选出最佳的成膜液pH和成膜时间.利用XRD和XPS对膜层物相组成进行分析.通过盐雾和电化学试验对膜层的耐蚀性进行表征.结果 当基础成膜液中添加氧化剂KMnO4和NH4VO3的质量浓度比为3:1、转化液pH为2.5、成膜时间为3.5 min时,制备出的陶化膜均匀、致密,膜层主要由ZrO2、TiO2、MgO、MgF2、V2O3组成.氧化剂的添加抑制了析出相上过快析氢反应对成膜的不良影响,实现了膜层的均匀沉积.陶化膜将AZ80镁合金的耐中性盐雾时间从4 h提高到48 h.结论 添加适宜氧化剂的Zr-Ti系陶化膜可以显著提高AZ80镁合金的耐蚀性.     

High-temperature oxidation behavior of multi-phase Mo-containing γ-TiAl-based alloys

Intermetallic titanium aluminides are potential materials for a number of high-temperature components used in aero and automotive engines. In particular, alloys solidifying via the β-phase are of great interest because they possess a significant volume fraction of the disordered body-centered cubic β_o-phase at elevated temperatures ensuring good processing characteristics during hot-working. Nevertheless, the practical use of such alloys at a temperature as high as 800 °C requires improvement of their oxidation resistance. Various attempts have been made including alloying with additional elements such as Nb, Cr, Mo etc. or applying the so-called fluorine effect. However alloying could not provide a sufficient oxidation resistance above 850 °C whereas the fluorine effect protects the base material against environmental degradation up to over 1000 °C. This paper aims to investigate the influence of the phase composition on the oxide scale morphology without and with fluorine effect. The results refer to the oxidation behavior of three β-solidifying γ-TiAl-based alloys in the cast and hot-isostatically pressed condition at 800 °C in air. The behavior of the TNM alloy (Ti–43.5Al–4Nb–1Mo–0.1B, in at.%) was compared with that of two Nb-free TiAl alloys which contain different amounts of Mo (3 and 7 at.%, respectively) and hence a different microstructure (α₂/β_o/γ vs. β_o/γ). During testing in dry synthetic air at 800 °C a mixed oxide scale develops on all three alloys. This behavior was changed via the fluorine effect, as demonstrated for previously investigated TiAl alloys with an Al-content higher than 40 at.% based on α₂/γ and α₂/β_o/γ phases. The oxidation resistance of the fluorine treated samples was significantly improved compared to the untreated samples. The reason for this is the change in the oxidation mechanism triggered by the small additions of fluorine in the subsurface zone of the investigated alloys. The results of isothermal oxidation tests at 800 °C in air are presented and discussed in view of chemical composition and microstructure, along with the impact of the phase composition on the efficiency of the fluorine effect. From a microstructural perspective the fluorine effect leads to the formation of an even thinner oxide scale on the β-phase compared to the γ-phase.