先驱体转化含铝碳化硅陶瓷纤维的制备研究进展

先驱体转化含铝碳化硅陶瓷纤维具有高强度、高模量、耐高温、抗氧化等特性,是高温陶瓷基复合材料理想的增强体之一。基于含铝Si C陶瓷纤维的制备工艺路线,从聚铝碳硅烷(PACS)的合成方法及其机理、PACS纤维不熔化处理方法和控制Si(Al)C陶瓷纤维缺陷的研究现状方面综述了先驱体转化含铝Si C陶瓷纤维制备的最新研究进展。讨论了现有PACS合成路线和不熔化处理工艺的优缺点。此外,围绕含铝Si C陶瓷纤维的制备路线,认为后续可持续关注的主要有探索新的PACS合成路线、高效不熔化处理方法和提高Si(Al)C陶瓷纤维力学性能的方法等方面。     

SiC(Nb)陶瓷纤维先驱体聚铌碳硅烷的合成与表征

为了提高SiC陶瓷纤维的综合性能,利用聚二甲基硅烷热解制得的产物液态聚硅烷(liquid polysilane,LPS)与五氯化铌(NbCl5)反应,制各了含铌SiC陶瓷纤维的先驱体聚铌碳硅烷(polyniobiumcarbosilane,PNCS).研究表明:反应过程中存在LPS裂解重排反应,Si-H键在反应中显示出很高的活性,FNCS分子量的增加是LPS形成的Si-H键与NbCl5发生交联反应的结果,用LPS与NbCl5为原料不但能使铌元素成功地引入到先驱体中并且分布均匀,而且由于其成本比其他原料相对低廉便于大批量合成.利用PNCS制备的Si-Nb-C-O陶瓷纤维平均强度为1.8GPa,平均直径为12 μm,耐高温性能优异.     

液态聚碳硅烷制备含铝碳化硅陶瓷前驱体——聚铝碳硅烷

通过液态聚碳硅烷与乙酰丙酮铝反应,合成了一系列的聚铝碳硅烷,考察了原料配比和反应温度的影响.结果显示:改变合成温度或乙酰丙酮铝的加入量,聚铝碳硅烷呈现从液态到固态的转变.增加乙酰丙酮铝的配比或提高合成温度,可增加聚铝碳硅烷中铝的质量分数,在360℃合成的产物中铝的质量分数接近理论值;增加铝的质量分数或提高合成温度,可增大聚铝碳硅烷的分子量及其多分散系数.360℃以下聚铝碳硅烷的数均分子量随着铝的质量分数的增加呈线性增加.红外光谱及核磁共振分析结果均显示,铝元素的引入伴随着Si-H键的消耗,通过AlO_x(x=4,5,6)基团使液态聚碳硅烷分子部分交联长大,高铝含量的样品具有较高的交联程度.     

含铝碳化硅纤维耐高温性能

通过合成陶瓷纤维先驱体聚铝碳硅烷,制备了具有耐高温性能的含铝碳化硅SiC(Al)纤维。SiC(Al)纤维的化学组成为SiC1.15O0.026·Al0.013,主要结构是平均晶粒为95nm的βSiC,O和游离C含量均大大低于nicalon纤维,同时含有微量的Al和少量的αSiC。SiC(Al)纤维的平均直径为13μm,平均抗拉强度为2.3GPa。1400℃氩气中处理1h后,抗拉强度是原始强度的95%以上;1800℃氩气中处理1h后,抗拉强度保留率为71%。纤维的高温稳定性高于nicalon,Hi nicalon等商品SiC纤维,但低于TyrannoSA商品SiC纤维,并且SiC(Al)纤维的高温抗蠕变性能明显高于nicalon纤维。SiC(Al)纤维的高温稳定性取决于其低氧含量、低富碳含量以及异元素Al的助烧结和在高温下抑制SiC晶粒长大的作用,良好的抗蠕变性能决定于其高结晶度和低含量的SiCxOy相。     

聚钽碳硅烷陶瓷先驱体的制备与表征

为了提高SiC陶瓷纤维的综合性能,利用聚二甲基硅烷热解制得的产物液态聚硅烷(LPS)与五氯化钽(TaCl5)反应,制得含钽SiC陶瓷纤维的先驱体聚钽碳硅烷(PTCS).研究表明,反应过程中存在LPS的裂解重排反应,Si-H键在反应中显示出很高的活性,PTCS摩尔质量的增加是LPS形成的Si-H键与TaCl5发生交联反应的结果,用LPS与TaCl5为原料不但能够使钽元素成功地引入到先驱体中并分布均匀,而且由于其成本比其它原料相对低廉,便于大批量合成.     

SiC陶瓷先驱体聚铝碳硅烷的合成及其陶瓷化

聚硅碳硅烷(polysilacarbosilane,PSCS)与乙酰丙酮铝[Al(AcAc)3]反应制备了含铝SiC陶瓷的先驱体聚铝碳硅烷(polyaluminocarbosilane,PACS),化学式为SiC2.01H7.66O0.13Al0.018,相对分子质量Mr=2265。PACS中主要存在如下结构:—Si(CH3)2—CH2—,—Si(CH3)·(H)—CH2—。PACS在N2气中的陶瓷化表明:600℃以下PACS是有机状态;900℃时,PACS中C—H,Si—CH3结构消失,PACS基本完成了无机化;1300℃左右PACS完全脱H,真正完成了无机化,转化为SiC陶瓷。1300℃以下陶瓷化产物的X射线衍射线很宽,产物为不定型结构。1500℃以上的陶瓷化产物为结晶度较高的SiC陶瓷。     

聚碳硅烷—沥青共聚物的合成和应用

聚碳硅烷一沥青共聚物是制备SiC—C材料的先驱体,具有很广阔的应用前景。这里介绍了聚碳硅烷一沥青共聚物的合成、性能及应用。     

低温制备SiC多孔陶瓷及性能

采用SiC微粉为骨料,聚碳硅烷为粘结剂,混合后溶于THF中干燥过筛,经模压成型后于1000℃保护气氛下低温烧结制备SiC多孔陶瓷。运用XRD、SEM及孔隙率测定手段对陶瓷样品的物相结构、微观形貌及孔隙率进行研究,考察了不同聚碳硅烷含量对SiC多孔陶瓷抗弯强度、线收缩率及气孔率的影响。结果表明,随着聚碳硅烷含量的增加,SiC多孔陶瓷的线收缩率和失重比均增加,抗弯强度和显气孔率均先增加后下降,抗弯强度在聚碳硅烷含量为13%时达到最大值为58.45MPa,开口气孔率在PCS含量为5%时达到最大值为37.2%。     

用不同分子量聚碳硅烷制备含铝聚碳硅烷

分别选用分子量Mn为929、1 050、1 186的聚碳硅烷(polycarbosilane,PCS)与乙酰丙酮铝反应制备含铝聚碳硅烷(polyaluminocarbosilanes,PACS),研究PCS分子量对PACS性能及结构的影响.结果表明:随着PCS分子量的增加,PACS分子量逐渐增加,分布加宽,而活性基团Si-H键含量没有明显变化;随着PCS分子量增加,PACS陶瓷产率增加.将不同的PACS进行热交联,其陶瓷产率明显提升,增长幅度随PCS分子量增大而增大.PACS的纺丝性能随PCS分子量增大而降低.     

含苯基聚碳硅烷的合成与结构分析

在聚二甲基硅烷中添加质量分数为1.5%的二乙烯基苯,通过共热聚反应制备了含苯基的聚碳硅烷。用IR、UV、1H NMR、13C NMR及29Si NMR对产物的结构进行了表征,并在此基础上讨论了聚合反应机理。粗产物产率可以达到50%;粗产物经过减压蒸馏后,软化点约为200℃,重均摩尔质量约为3 000 g/mol,分散系数约为7.6,陶瓷产率可达75%。熔融纺丝实验证明,产物具有较好的可纺性,可作为优良的SiC陶瓷纤维先驱体。     

生物SiC多孔陶瓷的研究进展

介绍了生物SiC多孔陶瓷的研究现状,并对生物碳模板的分类、制备方法进行了详尽的叙述,同时对生物SiC多孔陶瓷的各项性能进行了综述,最后对生物SiC多孔陶瓷的发展趋势作了总结。     

SiC多孔陶瓷制备方法研究进展

碳化硅(SiC)多孔陶瓷作为一种重要的结构材料,具有高熔点、高强度、比表面积大、体积密度小、热膨胀系数小以及良好的化学稳定性等优点,被广泛应用于催化剂载体、气/液过滤装置、生物医学材料、保温材料和耐火材料等领域。SiC多孔陶瓷的微观结构、性能及服役寿命等均受其制备方法的影响,因此综述了近年来国内外在SiC多孔陶瓷制备方法方面的研究进展,总结了物理成孔法(包括颗粒堆积法、冷冻干燥法及3D打印法等)和化学成孔法(包括添加造孔剂法、有机泡沫浸渍法与生物模板法等)制备SiC多孔陶瓷的优缺点,并对其发展方向和重点进行了展望。     

碳纳米管增强陶瓷复合材料研究进展

本文简要评述了近年来CNTs陶瓷复合材料的主要制备方法和特点以及烧结工艺,指出了目前碳纳米管增强陶瓷复合材料存在的问题,并对未来制备CNTs陶瓷复合材料进行了展望。     

碳化硅纤维制备技术研究进展

综述了工业化制备碳化硅 (Si C)纤维技术的研究进展 ,并对化学气相沉积 (CV D)法、先驱体转化法和活性炭纤维 (A CF )转化法这三种碳化硅纤维制备方法的原理、生产工艺路线和各自的优缺点作了系统的评述。认为 CV D法已被淘汰 ,先驱体转化法是目前 Si C纤维制备研究的方向 ,A CF法是实现Si C纤维的应用最佳方法     

近化学计量比SiC陶瓷纤维先驱体制备方法

近几年来，近化学计量比SiC陶瓷纤维的制备已成为SiC陶瓷纤维领域中的热点．PMS和PSE是制备近化学计量比SiC陶瓷纤维的两种先驱体，其制备是得到近化学计量比SiC陶瓷纤维的关键．因此本文综述了近化学计量比SiC陶瓷先驱体的制备方法，包括脱卤合成、MeSiH3的催化脱氢偶合、H3SiH2SiCH3的脱氢偶合、Bu4PCl催化氯硅烷重分配反应等，同时也简评了国内的发展。     

碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展及应用

碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有密度低、高强度、高韧性和耐高温等综合性能,已得到世界各国高度重视.本文综述了碳纤维的研究进展,C_f/SiC复合材料的制备方法,并分析了各种制备方法的优缺点.概述了C_f/SiC复合材料作为高温热结构材料和制动材料的应用状况.最后,指出了有待解决的问题和今后的主要研究方向.     

残余碳对碳化硅陶瓷光学表面加工性能的影响

为深入了解碳化硅陶瓷的光学表面加工性能,采用常压固相烧结法制备了碳化硅陶瓷,在保证致密度的前提下,通过改变碳的含量,研究了残余碳对SiC陶瓷抛光面的表面质量和光学性能的影响。研究发现,C的质量含量为3%～7%时,SiC陶瓷抛光表面的RMS(root mean square)粗糙度均约为2nm。当C含量为3%～6%时,SiC陶瓷抛光表面在400～750nm波段的全反射率、漫反射率和镜面反射率无明显变化;当C含量升至7%时,全反射率稍有降低,漫反射率稍有上升,镜面反射率稍有降低。其原因可能是过多的残余碳引起SiC陶瓷的折射率下降和产生光学散射,最终造成镜面反射率降低。     

泡沫陶瓷的制备方法

本文综述了泡沫陶瓷的几种制备方法,指出了各种方法的工艺关键及其优缺点。通过分析认为目前泡沫陶瓷最理想的制备方法是有机前驱体浸渍法;在陶瓷粉料中适当加入陶瓷纤维,会改善发泡反应法制品性能;将注凝成型技术移植到泡沫陶瓷制备工艺中可望取得较理想的效果。     

先驱体制备SiC纤维的发展历程与研究进展

碳化硅(SiC)纤维具有高强度、高模量、耐高温、抗蠕变、抗氧化等优异性能,是增强耐高温陶瓷基复合材料的关键材料。介绍了先驱体法制备3代SiC纤维的发展历程:从第1代高氧碳含量SiC纤维发展到第2代低氧高碳含量SiC纤维,再到第3代近化学计量比SiC纤维,SiC纤维的微结构从非晶到微晶显著变化,纤维的耐热性能也显著提高。重点比较了第3代近化学计量比SiC纤维(Hi-Nicalon Type S纤维、Tyranno SA和Sylramic纤维等)的性质,结果表明:SiC纤维的热稳定性由近化学计量比SiC微晶的致密度和微结构决定,Sylramic和Tyranno SA纤维的组成和微结构可通过控制Si-C-O纤维的碳热还原反应来实现,烧结助剂的采用及陶瓷烧结工艺的有效应用可提高纤维的致密度。Hi-Nicalon Type S纤维的组成和微结构取决于聚碳硅烷分解过程中特定的气氛和温度。简介了SiC纤维的研究进展并讨论了其发展趋势。     

碳化硅陶瓷粉末制备的发展

本文简要的介绍了碳化硅原料制备技术的进展，着重描述八十年代后期运用Ｌａｓｅｒ，Ｐｌａｓｍａ，ＣＶＤ等技术高温裂解有机物和Ｓｏｌ－Ｇｅｌ等方法制备超细，超纯，复相碳化硅陶瓷粉末的方法与性能，以期获得高性能的碳化硅结构陶瓷。