用碳化稻壳制备碳/碳复合材料的SiC涂层

以碳化稻壳为原料,采用包埋法在C/C复合材料表面制备了SiC涂层.用X衍射仪、扫描电镜及能谱分析仪对SiC涂层晶相、微观形貌及成分进行了分析,并探讨了涂层的形成机理.研究结果表明:所制备的SiC涂层呈网状结构,以β-SiC为主,并含有少量的α-SiC,纯度较高;碳化稻壳中含有的纳米级的SiO2微晶是低温下制备SiC涂层及涂层呈网状结构的主要原因.     

C/C泡沫预制体液相硅浸渗制备C/SiC复合材料研究

以中间相沥青浸渍整体碳毡发泡技术制备的一种新型多孔C/C泡沫复合材料为预制体,通过液相硅浸渗(LSI)工艺制备了C/SiC复合材料,研究了预制体不同孔隙率对Si浸渗及C/SiC复合材料力学性能和微观形貌的影响,分析了复合材料的物相组成和晶体结构.结果表明,采用发泡技术可以快速有效地实现C/C预制体的致密化处理.预制体孔隙率为65.41%时液相硅浸渗处理后所得复合材料性能最好,密度为2.64g/cm3,弯曲强度为137MPa,弹性模量为150GPa.纤维未作表面抗硅化涂层处理以及复合材料中存在闭孔是C/SiC复合材料性能不佳的主要原因.     

C／C复合材料MoSi2-Mo5Si3／SiC涂层的制备及组织结构

采用化学气相反应法和料浆刷涂反应法,在C/C 复合材料表面制备了MoSi2-Mo5Si3/SiC复合涂层,借助X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段,对涂层的形成、组织结构进行了研究,并初步考察了涂层的高温抗氧化性能.结果表明:制备的复合涂层厚度为40μm左右,主要由β-SiC、MoSi2及少量的Mo5Si3组成. 1350°C等温氧化10h后,复合涂层试样的氧化失重率只有1.21%,明显低于C/C复合材料SiC单涂层试样,其高温抗氧化性能得到明显的提高.因此,与C/C复合材料SiC单涂层相比,经封填改性制得的复合涂层结构更致密,具有良好的高温抗氧化性能.     

超音速等离子喷涂制备ZrB_2-SiC基涂层C/C复合材料的氧化烧蚀性能研究

采用包埋法、超音速等离子喷涂结合化学气相沉积工艺在C/C复合材料表面制备了SiC/ZrB_2-SiC/SiC复合涂层。借助XRD和SEM等测试手段对所制备复合涂层的微观结构进行表征,采用恒温氧化实验及氧乙炔烧蚀实验考察涂层复合材料的高温抗氧化和抗烧蚀性能。结果表明,所制备涂层复合材料在900,1100,1500℃均具有较好的高温抗氧化性能,涂层氧乙炔烧蚀60 s后,质量烧蚀率和线烧蚀率分别为-0.05 mg/s和0.56μm/s。表明所制备的ZrB_2-SiC基复合涂层在为C/C复合材料提供良好的抗烧蚀保护的同时,可对材料提供较宽温度范围的抗氧化保护。     

液硅渗透法制备SiBC改性C/CSiC复合材料

为了降低液硅渗透法制备C/C-SiC复合材料中残留Si的含量, 采用浆料浸渗结合液硅渗透工艺制备B₁₂(C, Si, B)₃改性C/C-SiC复合材料。通过分析不同比例B₄C-Si体系在不同温度的反应产物, 确定了B₁₂(C, Si, B)₃的生成条件。结果表明: B₄C和Si在1300℃开始反应, 生成少量B₁₂(C, Si, B)₃和SiC, 且B₁₂(C, Si, B)₃的生成量随反应温度的升高而增加; 当B₄C和Si的摩尔比为3:1、 反应温度为1500℃ 时, 产物为B₁₂(C, Si, B)₃和SiC; 液硅渗透法制备的C/C-SiC复合材料相组成为非晶态C、 β-SiC和B₁₂(C, Si, B)₃, 未见残留Si。     

C/C复合材料表面水热电泳沉积SiCn/SiC复合抗氧化涂层研究

采用水热电泳沉积法在SiC-C/C复合材料表面制备纳米碳化硅（SiC_n）涂层. 采用XRD和SEM对涂层的晶相组成、表面和断面的微观结构进行了表征. 主要研究了水热沉积温度对涂层的结构及高温抗氧化性能的影响, 并分析了涂层试样在1600℃的高温氧化气氛下失效行为. 结果表明：纳米碳化硅涂层主要由β-SiC组成. 涂层的致密程度和厚度随着水热沉积温度的升高而提高. 随着水热温度的提高, 涂层试样的抗氧化性能也有明显的提高. 在120℃水热沉积温度下制备的涂层试样可在空气气氛1500℃下有效保护C/C复合材料202h,而氧化失重仅为2.16×10^-3g/cm². 在1600℃下氧化64h后失重为3.7×10^-3g/cm². 其高温失效是由于长时间的氧化挥发后表面SiO2膜不能完全封填表面缺陷, 内涂层中产生了贯穿性的孔隙所致.     

一维,二维和三维Si基纳米线的制备

在Ar气氛中，SiC粉末分别在Fe、Co、Fe：Co(1：1)的催化下，经一步反应制备了一维、二维和三维si基纳米线。SEM、HRTEM、EDX分析表明一维线状和二维网状Si基纳米线由C、Si、O组成，存在两类纳米线，一类是SiO，包裹的Si纳米线；另一类是SiO，包裹的SiC纳米线。三维Si基纳米线组成象花一样的结构，仅由SiOx组成。SiOx和Si是无定形结构，SiC是β-SiC单晶。     

CVI-PIP工艺制备C/SiC复合材料及其显微结构研究

采用化学气相渗透(CVI)与先驱体浸渍裂解(PIP)两种工艺方法联用制备C/SiC陶瓷基复合材料,通过与单纯PIP工艺的致密化效率比较,复合材料的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析,结果表明:采用CVI-PIP联用的方法制备C/SiC复合材料,致密化程度有明显的提高.CVI沉积SiC基体结晶性较好,为典型的β-SiC晶体结构;而PIP先驱体聚碳硅烷裂解基体为无定型结构,基体结构差异是决定材料结构与性能的关键因素.     

微波法合成SiC纳米线及其光致发光性质

以Si粉、SiO2粉和人造石墨为原料,在1480℃、4 kW、80 min的真空微波辐照条件下快速高效地合成SiC纳米线。利用SEM、TEM、XRD等对所得产物的微观结构解析表明,在未使用催化剂的条件下,基于气固(VS)机制可成功制备出β型SiC。根据坩埚中的部位不同,所得Si C呈现出不同的形貌。坩埚上层的产物呈亮绿色,较为纯净,主要为直径约150 nm的纳米棒,并含有部分微米级SiC晶粒,表面氧化迹象不明显。其余部分产物呈灰绿色,主要是直径为20~50 nm的SiC/SiO2同轴纳米线(表层的SiO2厚度约2nm),并夹杂有未反应完全的石墨和SiO2。利用波长为240nm的激发光分别对SiC纳米棒和同轴纳米线的光致发光特性的测试表明,两者均可观察到峰位在390 nm左右的发射峰,此结果与所报道的β-SiC纳米材料的发光性能相比,蓝移程度更高。     

无压烧结制备Ti_3SiC_2-SiC复合材料块体EI北大核心

以钛粉、硅粉和石墨粉为原料,通过无压烧结法制备了Ti3SiC2-SiC块体复合材料。利用X射线衍射仪对制得的样品进行相分析,并运用扫描电镜分析材料的微观结构,用差热分析仪测定反应温度。结果表明,Ti∶Si∶C=0.42∶0.23∶0.35时,可制得纯度较高的Ti3SiC2-SiC复合材料块体,只含有极少量的TiSi2杂质。Ti3SiC2晶粒无特定的生长方向,平均长度在10μm以下,厚度小于5μm。略高的Si含量有利于获得纯度较高的Ti3SiC2-SiC复合材料。     

熔盐法在碳纤维表面制备抗氧化SiC涂层

采用熔盐法,以NaCl-KCl作熔盐介质,利用Si粉与碳纤维反应在纤维表面制备出均匀的SiC涂层。研究了反应温度、热处理时间和Si/C比对SiC涂层结构和形貌的影响。研究结果表明:随着热处理温度、热处理时间以及Si/C比的增加,纤维表面涂层厚度与SiC晶粒尺寸增加,但是涂层厚度增加随着Si/C比的增加变化较小。与未涂层碳纤维相比,SiC涂层明显改善了碳纤维的抗氧化性能。1350℃热处理3h制备的SiC涂层致密均匀,其起始氧化温度由540℃增加至650℃。     

化学气相沉积法制备SiC纳米线的研究进展

SiC纳米线具有优良的物理、化学、电学和光学等性能,在光电器件、光催化降解、能量存储和结构陶瓷等方面得到广泛应用.其制备方法多种多样,其中化学气相沉积法(CVD)制备SiC纳米线因具有工艺简单、组成可控和重复性好等优点而备受关注.近年来,在化学气相沉积法制备SiC纳米线以及调控其显微结构方面取得了较多成果.采用Si粉、石墨粉和树脂粉等低成本原料以及流化床等先进设备,通过化学气相沉积法制备出线状、链珠状、竹节状、螺旋状以及核壳结构等不同尺度、形貌各异的SiC纳米线,并且有的SiC纳米线具有优良的发光性能、场发射性能和吸波性能等,为制备新型结构和形貌的SiC纳米线及开发新功能性的SiC纳米器件提供了重要参考.目前,未添加催化剂时,利用气相沉积法制备的SiC纳米线虽然纯度较高,但存在产物形貌、尺度和结晶方向等可控性差,制备温度较高和产率相对较低的问题.而添加催化剂、熔盐以及氧化物辅助可明显降低SiC纳米线的制备温度,提高反应速率以及产率,但易在SiC纳米线中引入杂质.将来应在提高SiC纳米线的纯度、去除杂质方面开展深入研究;还应注重低成本、规模化制备SiC纳米线的研究,采用相应措施调控SiC纳米线的显微结构,以拓宽SiC纳米线的应用领域.本文综述了目前国内外采用化学气相沉积制备SiC纳米线的方法,分析总结了无催化剂、催化剂、熔盐以及氧化物辅助等各种制备方法的优缺点,并对未来的研究进行展望,期望为SiC纳米线的低成本、规模化制备和应用提供理论依据.     

包埋浸渗/气相沉积二步法在C/C复合材料表面制备SiC涂层

采用包埋浸渗法和化学气相沉积(CVD)法相结合在炭/炭(C/C)复合材料表面制备了SiC涂层, 借助扫描电镜、能谱分析以及X射线衍射等检测手段对涂层的微观组织形貌、元素分布和物相组成进行了观察与分析. 结果表明:包埋法制备的SiC涂层与C/C复合材料基体的界面处形成了梯度过渡层, CVD法制备的涂层十分致密, 有效填充了包埋SiC涂层中的孔隙, 因此, 二步法制备的SiC涂层具有良好的防氧化性能, 涂层试样在1500℃静态空气中氧化60h失重率仅为2.01%. 试样失重的主要原因是其在高低温热循环过程中氧气从涂层中的微裂纹扩散至基体表面, 从而引起基体氧化所致.     

微波加热催化反应低温制备β-SiC粉体

以硅粉和酚醛树脂为原料,硝酸镍为催化剂前驱体,采用微波加热催化反应法,在流通氩气气氛中1150℃/0.5 h反应后合成了β-SiC粉体。研究了反应温度、催化剂用量和保温时间等对合成β-SiC的影响。采用XRD、SEM和TEM对产物的物相组成及显微结构进行了表征。结果表明:微波加热条件下,无催化剂存在时,β-SiC的完全合成温度为1250℃;而添加1.0wt%的Ni作催化剂时,1150℃/0.5 h反应后即可合成纯相的β-SiC。所合成的试样中都存在着颗粒状和晶须状两种SiC,加入催化剂后会使试样中β-SiC晶须的长径比变大。密度泛函理论(DFT)计算结果表明,Ni-Si合金纳米颗粒的形成使Si原子之间的键长拉长,弱化了Si原子之间的结合强度,进而促进了Si粉在低温下的碳化反应。     

低温化学气相沉积SiC涂层沉积机理及微观结构

由MTS-H2体系在1000～1300℃沉积了SiC涂层,研究了SiC涂层沉积速率和温度之间的关系,MTS-H2体系沉积反应的平均活化能为114kJ/mol,用理论模型证明了低温化学气相沉积SiC为动力学控制过程.SiC涂层表面的显微结构随沉积温度变化而呈现规律的变化:沉积温度T<1150℃时,CVD SiC涂层表面致密、光滑;T≥1150℃时,CVD SiC涂层表面变得疏松、粗糙.随着沉积温度的升高,CVD SiC涂层的结晶由不完整趋向于完整;当沉积温度T≥1150℃,CVD SiC涂层的XRD谱图中除了β-SiC占主体外还出现了少量α-SiC.     

不同物相电沉积CNTs对C/SiC复合材料力学性能的影响

采用电沉积法与化学气相渗透(CVI)法将碳纳米管(CNTs)分别引入到碳纤维表面和SiC基体中,制得了不同物相电沉积CNTs的C/SiC复合材料(CNTs-C)/SiC和C/(CNTs-SiC)。研究了CNTs沉积物相对C/SiC复合材料力学性能的影响,分析了不同CNTs沉积物相的C/SiC复合材料的拉伸强度及断裂机制。结果表明:相较于未加CNTs的C/SiC复合材料,CNTs沉积到碳纤维表面的(CNTs-C)/SiC复合材料的拉伸强度提高了67.3%,断裂功提高了107.2%;而将CNTs引入到SiC基体中的C/(CNTs-SiC)复合材料的断裂功有所降低,拉伸强度也仅提高了6.9%,CNTs没有表现出明显的增强增韧效果;C/(CNTs-SiC)复合材料与传统的C/SiC复合材料有相似的断裂形貌特征,断裂拔出机制类似,主要为纤维增强增韧,CNTs的作用不明显。     

SiC/C纳米复合材料的制备与性能表征

在Ar气的保护下,以微米级的石墨粉和Si粉为原料,H2为活性气体,通过直流电弧等离子体法原位合成SiC/C纳米复合材料。采用XRD,Raman和红外光谱分析产物的成分;应用SEM和TEM观察产物的形貌和微结构;使用紫外可见漫反射光谱仪和紫外可见分光光度计分别测试了产物的光吸收性质和对亚甲基兰的光催化降解性能。结果表明:产物是由占主相的β-SiC和少量的C组分构成的SiC/C球状复合物;包覆的C壳层厚度为60nm,核层是平均粒径50nm的SiC颗粒,复合体的尺寸约为0.5~1μm;带隙为2.35eV,此复合材料具有较好的电子迁移性能和一定的光催化性能。     

Si-B-C陶瓷涂敷2D C/SiC复合材料的抗氧化性能

利用化学气相沉积(CVD)法制备了Si-B-C陶瓷涂敷改性的2D C/SiC复合材料, 研究了其在700～1200 ℃氧化10 h性能和结构的演变规律以及自愈合机制, 同时获得了Si-B-C涂层在不同温度氧化后的形貌、 组分和物相转变规律。结果表明: 涂敷在复合材料表面的Si-B-C陶瓷随温度的升高氧化加快, 但氧化程度较低, 不深于7 μm; 随温度的升高, 氧化形成的硅硼玻璃黏度降低, 挥发增强; 当温度达到1200 ℃时, 硅硼玻璃析出SiO₂晶体; Si-B-C陶瓷涂敷改性的C/SiC具有优良的抗氧化性能, 随氧化温度的升高, 复合材料失重率增加, 但在1200 ℃氧化10 h后失重率仅为0.47%; 此外材料在1000 ℃氧化后的强度保持率最高, 达到91.6%, Si-B-C陶瓷氧化形成的硅硼玻璃可以有效封填裂纹, 这是材料具有优良抗氧化性能的主要机制。     

碳、碳化硅及氮化硅等纳米功能材料的制备

以金属为还原剂，有机溶剂或碳酸盐为碳源，我们制得种种碳纳米结构，纳米管、纳米空心球、空心锥体、珊瑚状空心结构纳米笼、纳米带、纳米棒和纳米纤维等．此外，还制备了一些碳和Fe304或Fe的复合材料，并进一步用酸洗掉Fc304或Fe后得到了相应的碳空心结构。我们在低于传统高温反应的温度下，制备了3C-SiC纳米晶、纳米线、纳米带、纳米空心球、一维有序结构多种纳米结构和SiC／C复合材料等，以及六方相SiC（2H-SiC）片状纳米颗粒。我们也在低于传统高温反应的温度下，制得了α和β相的多种形貌的Si3N4晶体，最近已将反应温度降至200℃。在BN的合成方面，制备了六方相BN纳米管和纳米笼，六方和立方混合相的BN纳米晶须，最近我们在催化剂存在的情况下合成了三角形三方相的BN晶体。     

C/SiC陶瓷基复合材料表面Si/SiC涂层制备

采用新的泥浆预涂层-反应烧结工艺在C/SiC复合材料表面制备Si/SiC致密涂层,重点研究了原材料、工艺条件对涂层性能的影响;采用XRD分析涂层的组分及晶体结构,采用SEM分析涂层的断口形貌.结果显示,采用MC为胶粘剂、较低的裂解升温速度制备的预涂层性能最好;无Si气氛存在直接高温烧结制备涂层性能差,而在真空环境下、1450～1600℃温度范围高温烧结能够制备出致密的Si/SiC涂层,Si气氛的大量存在是决定涂层性能的关键.