铬粉在裂解聚碳硅烷制备陶瓷材料中的应用

研究了Cr粉在以聚碳硅烷（PCS）为先驱体裂解制备SiC陶瓷材料中的应用。结果表明,Cr在较低的温度下减慢PCS的裂解反应,在较高的温度下则加剧PCS的裂解,且能增加先驱体的陶瓷产率,降低先驱体在裂解 的线性收缩率和气孔率,提高陶瓷材料性能。     

活性填料钽在聚碳硅烷转化陶瓷中的应用

研究了活性填料坦（Ta)在聚碳硅烷（PCS）先驱体转化陶瓷中的应用。研究表明,活性填料Ta能有效降低陶瓷素坯的气孔率。Ta可与PCS气态裂解产物N2气氛反应生成新的化合物,提高PCS的陶瓷产率。Ta还能提高烧成体的强度。但是Ta的引入并不能抑制坯体在裂解过程中的收缩。Ta含量越高,陶瓷烧成体的线收缩越大。     

活性填料钼在聚碳硅熔转化陶瓷中的应用

研究了活性填料钼（Mo）在聚碳硅烷（PCS）先驱体转化陶瓷中的应用。研究表明,活性填料Mo能有效降低陶瓷素坯的气孔率。Mo可与PCS气态裂解碳氢产物、游离碳和N2气氛反应生成新的化合物,可明显提高PCS的陶瓷产率。当Mo/PCS为25％（vol)时,坯体的陶瓷产率为100％。Mo还有能效地提高烧成体的强度。     

聚硅氧烷先驱体转化制备三维Cf/Si-O-C复合材料的研究

研究了含氢聚硅氧烷(PSO)与二乙烯基苯(DVB)的交联与裂解。结果表明:只有在氯铂酸的催化作用下,PSO与DVB才能完全交联。DVB/PSO质量比对陶瓷产率的影响较大,DVB/PSO＝0.5时陶瓷产率最高,达到76%。裂解产物中Si,C,O的含量分别为38.3wt%,34.3wt%,27.4wt%。以质量比为0.5的DVB/PSO体系为先驱体,采用先驱体转化法制备出三维C_f/Si-O-C复合材料。研究发现:第一次裂解时采用热压辅助可以明显提高材料的力学性能。第一次在1600℃,10MPa的条件下热压裂解5min,后续真空浸渍-常压裂解处理六个周期所制得的材料具有较高的力学性能,其弯曲强度和断裂韧性分别为502MPa,23.7MPa·m 1/2。理想的界面结合状态是其具有高性能的主要原因。     

聚碳硅烷和二乙烯基苯的交联及纳米SiC陶瓷的制备

碳化硅基复合材料是理想的高温结构材料,以聚碳硅烷(PCS)作为碳化硅陶瓷的先驱体,二乙烯基苯(DVB)为交联体,通过改变二者的配比研究了PCS与DVB的交联反应以及PCS/DVB交联体的热裂解过程。通过傅立叶红外光谱详细研究了PCS/DVB配比变化对PCS与DVB的交联反应和交联体微观结构的影响,PCS/DVB配比最终决定碳化硅陶瓷的产率,当PCS/DVB配比为1∶0.5时,经1500℃热裂解后碳化硅陶瓷产率最高,达到63.1%,热裂解产物为纳米碳化硅,粒径为10-40nm。用SEM和XRD研究了不同PCS/DVB配比交联体热裂解产物的微观结构和相组成,通过热重分析研究了PCS/DVB配比为1∶0.5时交联体的热裂解过程,在400-800℃,PCS/DVB交联体失重显著,在800℃热裂解过程基本完成,PCS/DVB配比为1∶0.5时能够制备出纳米碳化硅基复合材料。     

裂解升温速率对聚碳硅烷先驱体转化制备Cf/SiC材料弯曲性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)／二乙烯基苯(DVB)为先驱体制备了3D-B Cf／SiC复合材料，研究先驱体转化过程中不同裂解升温速率对材料力学性能的影响。结果表明：随着裂解升温速率的提高，材料致密度增加，界面结合变弱，从而陶瓷基复合材料的力学性能明显提高。以15℃／min裂解升温速率制得的陶瓷基复合材料的室温弯曲强度达到556．7MPa，1300℃真空下测试，材料的弯曲强度达到680．3MPa。     

活性填料铬在聚碳硅烷裂解陶瓷中的应用

研究了活性填料铬 (Cr)在聚碳硅烷 (PCS)先驱体裂解陶瓷中的应用。研究表明 ,活性填料 Cr能有效降低陶瓷素坯的气孔率。 Cr可与 PCS气态裂解产物和 N2 气氛反应生成新的化合物 ,可明显提高 PCS的陶瓷产率。当 Cr/ PCS为 3 5% vol时 ,坯体的陶瓷产率为 1 0 0 %。在先驱体中引入 Cr能有效地抑制坯体在裂解过程中的收缩。Cr含量越高 ,素坯裂解后的收缩越小。当 Cr/PCS为 4 6% vol时 ,素坯在裂解前后线收缩率为 0 ;由于生成产物的体积效应较大 ,以及与 Si C热膨胀系数的不匹配性 ,导致陶瓷烧成体强度有所下降。用 X-衍射法 (XRD)分析了烧成产物的物相组成 ,扫描电子显微镜 (SEM)观察了陶瓷烧成体的断口形貌。     

液态聚碳硅烷的结构及固化行为对其陶瓷化的影响

液态聚碳硅烷作为一种新型陶瓷先驱体,可通过先驱体浸渍裂解工艺（PIP）制备陶瓷基复合材料（CMC）,也可通过包覆有机纤维来提高柔性绝热层的耐烧蚀性能。文中通过红外光谱和核磁共振表征了3种液态聚碳硅烷先驱体VHPCS,VHPCS-S和AHPCS的结构组成,在150℃前的固化反应主要通过C═C键以多种方式进行,与AHPCS相比,VHPCS和VHPCS-S中双键与硅氢键的摩尔比提高了约18.2%;采用非等温差示扫描量热分析（DSC）法研究了3种先驱体及其在交联剂过氧化二异丙苯体系时的固化反应动力学,发现固化反应温度和表观活化能均有所降低,先驱体可以在低温下实现快速交联反应;利用同步热分析和X射线衍射分析了先驱体的陶瓷化过程及裂解产物的结晶行为,VHPCS-S在1200℃时的陶瓷产率高于其余2种先驱体VHPCS与AHPCS。对于DCP/VHPCS-S交联体系,在150℃固化后陶瓷产率达到89.82%。此外,DCP的加入可以有效抑制β-SiC结晶。     

活性填料钼在聚碳硅烷转化陶瓷中的应用

研究了活性填料钼(Mo)在聚碳硅烷(PCS)先驱体转化陶瓷中的应用.研究表明,活性填料Mo能有效降低陶瓷素坯的气孔率.Mo可与PCS气态裂解碳氢产物、游离碳和N2气氛反应生成新的化合物,可明显提高PCS的陶瓷产率.当Mo/PCS为25%(vol)时, 坯体的陶瓷产率为100%.Mo还能有效地提高烧成体的强度.     

C/SiC复合材料的低温制备工艺研究

陶瓷基复合材料制备温度过高一直是制约其引入主动冷却工艺、突破其本征使用温度的主要原因之一。采用差热(TG-DTA)、红外(IR)、X射线衍射(XRD)等分析测试手段,研究了聚碳硅烷(Polycarbosilane,PCS)的裂解及化学转化过程,从理论上说明了先驱体聚碳硅烷(PCS)低温(1000℃)陶瓷化的可行性。结果表明:聚碳硅烷在750℃实现无机化,880℃开始结晶,即聚碳硅烷在高温合金耐受温度范围(1000℃)内,即可实现陶瓷化。以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,炭纤维为增强体,采用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺低温制备了炭纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料,当制备温度为900℃时,所制备C/SiC复合材料密度为1.70g/cm3,弯曲强度达到657.8MPa,剪切强度为61.02MPa,断裂韧性为22.53MPa.m1/2,并采用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的微观形貌进行了分析。     

聚碳硅烷先驱体的交联与陶瓷产率

本文探讨了可提高先驱体陶瓷产率的PCS／DVB交联条件。研究表明聚碳硅烷交联前的性质和状态是影响先驱体陶瓷产率的主要因素。     

固/液态聚碳硅烷共混制备碳化硅纤维的研究

以超支化液态聚碳硅烷(LPCS)与固态聚碳硅烷(纯PCS)的共混物作先驱体,熔融纺丝;所得原丝再在热空气气氛中氧化交联,在高温氮气气氛中热裂解,得到碳化硅纤维。研究表明,15%(质量分数)LPCS的加入,可使纯PCS先驱体的纺丝温度,从285℃降低到225℃;纺丝性能和纤维表面质量明显提高;还可以提高氧化交联的效率,降低交联温度,从而减少纤维部分融并、粘结的弊端;虽然纤维的室温力学强度有所降低,但抗氧化性能提高,1400℃氧化交联后,力学性能几乎不变;而纯PCS的力学性能却降为原来的50%。     

低分子量聚碳硅烷制备3D-Cf/SiC复合材料

研究了低分子量聚碳硅烷 (PCS) 通过先驱体浸渍裂解 (PIP) 工艺制备C_f/SiC复合材料。分析表明:PCS的数均分子量为400,活性较强,陶瓷化产率为70％左右,在1200℃基本转化为微晶态的β-SiC。分别通过3种不同升温速率制备了3D-C_f/SiC复合材料试样,其弯曲强度分别为745.2MPa、686.7MPa和762.5MPa,明显高于文献报道3D-C_f/SiC复合材料弯曲强度300~500MPa的水平。试样断口的SEM照片均显示长的纤维拔出,有良好的增韧效果,低分子量PCS裂解得到的基体比较致密。实验结果说明,低分子量PCS适合于制备3D-C_f/SiC复合材料,并且提高升温裂解速率对材料性能影响很小。      

二硅化铬在裂解聚碳硅烷制备陶瓷材料中的应用

研究了CrSi_2粉在以聚碳硅烷为先驱体裂解制备碳化硅陶瓷材料中的应用,结果表明,CrSi_2粉可促进PCS的裂解反应,增大先驱体的陶瓷产率,能降低先驱体在裂解过程中的线性收缩率,提高陶瓷材料性能。     

碳源对先驱体转化法制备TaC陶瓷粉体微观结构及性能影响

先驱体转化法是制备耐超高温陶瓷和粉体的有效方法之一,但原料种类对先驱体交联固化程度和陶瓷产率的影响鲜有报道。本研究分别采用两种碳源与聚钽氧烷(PTO)合成了TaC先驱体,研究了碳源种类、裂解温度和钽碳比例等因素对先驱体转化法制备TaC陶瓷粉体微观结构及性能的影响。结果表明,含C=C的PF-3树脂可以有效促进PTO的交联固化,提高先驱体的陶瓷产率。当钽碳质量比分别为PTO:PF-3树脂=1:0.25和PTO:2402树脂=1:0.4时,在1400℃下裂解获得的TaC陶瓷粉体不含残余Ta2O5,陶瓷产率分别为54.02%和49.64%,晶粒尺寸分别为47.2和60.9 nm。PF-3树脂在提高陶瓷产率的同时能够减小晶粒尺寸,但对粉体纯度与粒度影响较小。不同碳源制备的TaC陶瓷粉体纯度分别为96.50%和97.36%,中位径分别为131和129 nm。     

聚锆碳烷/聚碳硅烷杂化先驱体转化制备ZrC-SiC复相陶瓷EI北大核心

采用聚锆碳烷PZC和聚碳硅烷PCS作为杂化先驱体聚合物,通过脱氢耦合反应制备富含活性交联位点的ZrC-SiC复相陶瓷先驱体PZCS,研究先驱体陶瓷化机理及最终陶瓷的组成结构。结果表明:PZCS先驱体由于促进了陶瓷化过程中活性基团的交联,850℃下其陶瓷产率(71.84%,质量分数,下同)显著高于PZC(51.40%)或PCS(53.46%)先驱体。同时,在Zr-Cp的催化下,通过先驱体之间的协同作用近程碳与Zr,Si元素直接转化生成碳化物陶瓷,避免了碳热还原反应对陶瓷的损伤,并有效降低了烧结温度。PZCS先驱体经陶瓷化处理后生成兼具耐高温组元和抗氧化组元的ZrC-SiC纳米复相陶瓷,ZrC相和SiC相可以相互抑制结晶、细化晶粒,其中ZrC晶粒尺寸为25.4 nm,纳米复相结构的生成有利于提升超高温陶瓷的综合性能。     

聚锆碳烷/聚碳硅烷杂化先驱体转化制备ZrC-SiC复相陶瓷EI

采用聚锆碳烷PZC和聚碳硅烷PCS作为杂化先驱体聚合物,通过脱氢耦合反应制备富含活性交联位点的ZrC-SiC复相陶瓷先驱体PZCS,研究先驱体陶瓷化机理及最终陶瓷的组成结构。结果表明:PZCS先驱体由于促进了陶瓷化过程中活性基团的交联,850℃下其陶瓷产率(71.84%,质量分数,下同)显著高于PZC(51.40%)或PCS(53.46%)先驱体。同时,在Zr-Cp的催化下,通过先驱体之间的协同作用近程碳与Zr,Si元素直接转化生成碳化物陶瓷,避免了碳热还原反应对陶瓷的损伤,并有效降低了烧结温度。PZCS先驱体经陶瓷化处理后生成兼具耐高温组元和抗氧化组元的ZrC-SiC纳米复相陶瓷,ZrC相和SiC相可以相互抑制结晶、细化晶粒,其中ZrC晶粒尺寸为25.4 nm,纳米复相结构的生成有利于提升超高温陶瓷的综合性能。     

Cf/Si-O-C复杂形状应用构件的制备

结合树脂传递模塑（RTM）和先驱体浸渍裂解技术,以聚硅氧烷（PSO）为先驱体,制备出复杂形状的Cf/Si-O-C陶瓷基复合材料应用构件。根据RTM的工艺要求,研究了二乙烯基苯（DVB）/PSO的交联和裂解,DVB/PSO粘度与温度和时间的关系,DVB/PSO与碳纤维的润湿性以及作用作脱模剂的TiO2薄膜的制备。     

活性填料铬在取碳硅烷裂解陶瓷中的应用

研究了活性填料铬（Ｃｒ）在聚碳硅烷（ＰＣＳ）先驱体裂解陶瓷中的应用。研究表明,活性填料Ｃｒ能有效降低陶瓷素坯的气孔率。Ｃｒ可与ＰＣＳ气态裂解产物和Ｎ２气氛反应生成新的化合物,可明显提高ＰＣＳ的陶瓷产率。当Ｃｒ／ＰＣＳ为３５％ｖｏｌ时,坯体的陶瓷产率为１００％。在先驱体中引入Ｃｒ能有效地抑制坯体在裂解过程中的收缩。Ｃｒ含量越高,素坯裂解后的收缩越小。当Ｃｒ／ＰＣＳ为４６％ｖｏｌ时,素坯在裂解前后线收     

裂解工艺对先驱体转化制备Cf/SiC材料结构与性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)为先驱体,经8个周期的反复真空浸渍-交联-裂解处理制备出三维编织碳纤维增强碳化硅(3D-B C_f/SiC)复合材料,考察了裂解工艺对材料结构与性能的影响。结果表明:提高裂解升温速率可以提高材料密度,形成较理想的界面结合,从而提高材料的力学性能。裂解温度对材料性能也有较大的影响,C_f/SiC复合材料在第6个周期采用1600℃ 裂解可以弱化纤维与基体之间的界面,提高材料致密度,材料的力学性能也得到较大改善。裂解升温速率为15℃/min,第6个周期采用1600℃裂解制备的C_f/SiC材料性能较好,弯曲强度达到556.7 MPa。