聚碳硅烷纤维的不熔化与SiC纤维制备研究

以聚二甲基硅烷(PDMS)为原料,在高压釜内高温高压反应制备了聚碳硅烷(PCS)先驱体,经熔融纺丝制备了PCS纤维,研究了在190 C下不同不熔化时间对PCS纤维氧化增重、Si-H键反应程度、凝胶含量、氧含量及最终SiC纤维氧含量与性能的影响.研究表明,在不熔化过程中,PCS结构中的Si-H键与氧反应,在PCS分子间形成Si-O-Si交联结构.随着不熔化时间的延长,PCS纤维发生氧化增重、Si-H键反应程度提高、凝胶含量增加,SiC纤维中氧含量也逐渐增加.在不熔化保温3h,制备的SiC纤维强度可达2.52GPa.随着不熔化时间的进一步延长,SiC纤维氧含量增加,其强度逐渐降低.     

聚碳硅烷纤维在1-己炔气氛中不熔化处理制备低氧含量SiC纤维

将聚碳硅烷(PCS)纤维在1-己炔气氛中进行化学气相交联不熔化处理, 与空气不熔化相比, 能大大降低纤维的氧含量。PCS纤维在1-己炔气氛中反应, 其组成和结构都发生了变化。结果表明, 在1-己炔气氛中, PCS分子的Si—H键的反应程度和纤维的凝胶含量随温度的升高而逐渐增加。反应机制为1-己炔受热引发PCS分子中的Si—H和Si—CH₃键断裂生成Si自由基和Si—CH₂自由基, 促进PCS分子间形成Si—CH₂—Si交联结构, 最终实现不熔化。反应中有少量己基引入到PCS分子结构中。制得的SiC纤维拉伸强度达到2.79 GPa, 氧含量降低到5wt%~6wt%, 并且纤维的耐高温性能明显优于Nicalon纤维。在Ar气中处理至1300℃, 纤维强度保留率约为80%, 处理至1400℃, 纤维的强度保留率为60%, 并且在1300~1600℃的处理过程中, 纤维中β-SiC微晶的晶粒尺寸变化只有2.18nm。      

聚碳硅烷纤维在环己烯气氛中的不熔化处理

将聚碳硅烷(PCS)纤维在环己烯气氛中进行化学气相交联不熔化处理,其氧含量比空气不熔化处理大大降低,组成和结构也发生了变化,气体副产物中存在环己烷和小分子硅烷.在环己烯气氛中,随着温度的升高,PCS分子的Si-H键的反应程度逐渐提高,纤维的凝胶含量逐渐增大.环己烯受热引发PCS分子中的Si-H和Si-CH3键断裂生成Si自由基和Si-CH2自由基,促进PCS分子间形成Si-CH2-Si交联结构;同时,环己烷作为侧基引入到PCS分子结构中,使纤维的碳含量随之增高.随着反应温度的升高,部分环己烷侧基和少量小分子硅烷会从PCS分子主链脱出.     

聚碳硅烷先驱体法制备连续SiC自由膜研究

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,通过自行设计的喷膜板熔融纺出连续PCS自由薄膜,并对其进行氧化交联与高温裂解烧结可制得连续SiC自由薄膜.用扫描电镜分析薄膜表面和横断面的形貌,通过红外光谱(FTIR)分析氧化交联后薄膜的结构,通过拉曼光谱(Raman spectroscopy)、X射线衍射(XRD)与场发射高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对薄膜进行微观分析.结果表明,熔融纺膜与聚碳硅烷先驱体法相结合可制得均匀、致密的连续β-SiC自由薄膜,其厚度可通过调节喷膜板的喷膜口尺寸大小和纺膜速度进行控制,薄膜的厚度大约在10～30μm.     

异型截面聚碳硅烷纤维的制备

以聚碳桂烷为原料,运用三叶型纺丝组件,通过熔融纺丝,制备出了异型截面聚碳硅烷纤维。研究了纺丝温度、压力、牵伸速度对纤维异形度和当量直径的影响,确立了异型截面聚碳硅烷纤维的溶融纺丝工艺。     

聚碳硅烷纤维的辐照氧化联合热处理研究

空气气氛下采用γ射线辐照处理聚碳硅烷(Polycarbosilane,PCS)纤维,再于N2气氛下进行热处理.研究了辐照氧化及热处理过程中PCS纤维的质量、化学结构、凝胶含量的变化及热分解特性,分析了热处理对纤维不熔化的影响.研究表明:有氧辐照过程中,PCS纤维增重明显,到1.0 MGy时增重可达16.6％.经热处理后...     

SiC纤维先驱体—聚碳硅烷的催化合成

研究了在硼酸丁酯存在下由低分子聚硅烷（ＬＰＳ）合成聚碳硅烷（ＰＣ）的反应。结果表明，硼酸丁酯具有催化聚合的作用，可在较低温度下合成较高分子量的产物。研究了合成条件对产物特性的影响，并对催化作用原理进行了分析与讨论。     

静电纺丝法制备SiC纤维

以聚碳硅烷(PCS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料制得前躯体溶液,采用静电纺丝法制备出PCS/PVP前驱体纤维,经高温分解得到SiC纤维.X射线衍射证实纤维中生成了立方结构β-SiC相.采用扫描电子显微镜(SEM)对前驱体纤维及煅烧后SiC纤维的形貌进行了观察,所制备的SiC纤维直径很小,但均匀性不是很高,且表面依附一层非晶形SiO2薄膜层.     

预氧化聚碳硅烷纤维的恒温烧结

本文主要针对预氧化聚碳硅烷纤维的恒温烧结过程进行了基础方面的研究。采用XPS、TG -DTG -DTA、IR对预氧化聚碳硅烷原纤维进行标定 ;采用日本精密天平连续跟踪纤维质量变化情况 ,探讨了烧结过程中温度对纤维失重及收缩的影响 ;采用IR、SEM和数码相机分析了纤维恒温烧结过程中微观结构和宏观形貌的变化情况 ,并对预烧结纤维进行了二次烧结     

聚碳硅烷树脂性能及应用研究

合成了聚碳硅烷树脂,以该树脂为原料制备了SiC纤维。用电镜、红外光谱、X射线衍射、差热分析、热失重等方法对SiC纤维进行了研究,并对以聚碳硅烷树脂作为浸渍物质涂覆石墨进行了初步研究。     

由聚碳硅烷生成纳米SiC颗粒增强B4C基复相陶瓷的结构与性能

制备了由聚碳硅烷（PCS）为先驱体裂解形成的纳米SiC增强的B4C基复合材料，并与直接球磨混合法制备的纳米SiC增强的B4C基复合材料进行了对比研究。实验结果表明，先驱体法制备的复合材料形成一种复杂的晶内/晶间结构；B4C内部的纳米SiC和Al2O3内部的少量纳米SiC、晶界处的层片状SiC、B4C晶粒内部的SiC亚晶界结构。材料的断裂方式以穿晶断裂为主，形成晶内裂纹扩展路径，增强了材料的韧性，采用PCS为先驱体工艺制备高性能的纳米复相陶瓷，其组织均匀性、致密度和力学性能均优于直接机械混合制备的纳米复合材料。     

由聚碳硅烷生成纳米SiC颗粒增强B4C基复相陶瓷的结构与性能

制备了由聚碳硅烷（PCS）为先驱体裂解形成的纳米SiC增强的B₄C基复合材料,并与直接球磨混合法制备的纳米SiC增强的B₄C基复合材料进行了对比研究.实验结果表明,先驱体法制备的复合材料形成一种复杂的晶内/晶间结构;B₄C内部的纳米SiC和Al₂O₃内部的少量纳米SiC、晶界处的层片状SiC、B₄C晶粒内部的SiC亚晶界结构.材料的断裂方式以穿晶断裂为主,形成晶内裂纹扩展路径,增强了材料的韧性.采用PCS为先驱体工艺制备高性能的纳米复相陶瓷,其组织均匀性、致密度和力学性能均优于直接机械混合制备的纳米复合材料.     

聚碳硅烷制备近化学计量SiC纤维的研究进展

综述了聚碳硅烷制备近化学计量比SiC纤维的研究进展,总结了H2在PCS纤维裂解过程中的作用机理,比较了纯H2气氛、分阶段不同气氛、全过程H2/Ar混合气氛条件下得到的SiC纤维的组成和性能变化规律.纯H2气氛800℃以上保温4h,可得到近化学计量比SiC纤维;分阶段气氛下,气氛转换温度为800℃,烧结至1300℃保温1h,可得到近化学计量比SiC纤维;混合气氛下,氢气浓度为60%左右,烧结至1300℃保温1h,可得到近化学计量比SiC纤维.在这些气氛条件下得到的近化学计量比SiC纤维,烧结后的高温力学性能均优于非化学计量比SiC纤维.     

聚碳硅烷制备SiC纤维的热化学交联研究

以异丙醇锆(ZIP)为交联剂、聚碳硅烷(PCS)为先驱体,在Ar气氛的保护下通过干法纺丝、热化学交联工艺使PCS从热塑性转变热固性结构.研究了该工艺对PCS纤维质量变化、Si-H反应程度、溶解性及氧含量等性能的影响.实验结果表明:在不熔化过程中,PCS结构中的Si-H键与ZIP反应,在PCS分子间形成Si-O-Zr交联结构,随着交联温度和保温时间的升高,Si-H反应程度和纤维失重率相应提高;在测试范围内最大Si-H反应程度为73.06%,失重率2.678%,氧含量低于2.0%.     

电子束辐射交联制备低氧含量SiC纤维的研究

本文作者研究了电子束辐射交联对PCS纤维不熔化效果、热分解特性的影响,探讨了辐射交联机理,并制得了低氧含量的SiC纤维,研究了其耐高温性能。结果显示,PCS辐照纤维开始实现不熔化的吸收剂量是15MGy。所得纤维的氧含量为3.3wt%,抗拉强度为1.65GPa,晶粒尺寸3.4nm。在He气氛下1600℃处理30min后失重8wt%,强度保留80%,晶粒长大到16.3nm。     

自由基引发活性聚碳硅烷交联及其在制备SiC纤维中的应用

在基于先驱体聚碳硅烷转化制备SiC陶瓷纤维过程中,交联过程是保持纤维形貌和提高陶瓷产率的必要条件。本研究以含丙烯酸酯基的聚碳硅烷(A-PCS)为原料,通过引入自由基热引发剂在热解升温过程中实现原料的交联成型。采用红外光谱仪(FT-IR)和差示扫描量热仪(DSC)研究了引发剂含量对A-PCS交联程度、交联速率以及热降解速率的影响规律;采用热失重(TG)、元素分析仪和X射线衍射仪(XRD)分析了陶瓷产率、陶瓷产物组成以及无定形态随温度的变化。研究结果表明:加入自由基热引发剂可提高A-PCS中的丙烯酸酯基的交联速率,减少交联阶段的热失重;将质量百分比为1%自由基热引发剂的A-PCS以5℃/min升至250℃时,丙烯酸酯基反应完全,1500℃的陶瓷产率为69.5%;通过静电纺丝加工工艺可获得直径介于2～5μm的A-PCS原丝,并通过后续升温热解转化为SiC纤维;所得SiC纤维形貌规整、无熔并现象,且随着热解温度的升高从无定形态向结晶形态转变。     

连续SiC纤维和SiCf/SiC复合材料的研究进展

连续SiC纤维最主要的制备方法是先驱体转化法, 目前已发展到第三代, 它主要作为SiC基复合材料(SiC_f/SiC)的增强体。SiC_f/SiC具有优异的耐高温、抗氧化和高温抗蠕变性, 及其在中子辐照条件下的低放射性, 成为高温、辐射等苛刻条件下结构部件的优先候选材料。本文首先对国内外SiC纤维的发展, 尤其是对第三代SiC纤维的不同制备思路和特征进行了介绍。然后, 对SiC_f/SiC制备工艺和性能的进展进行了综述, 突出了制备工艺创新与SiC纤维发展的关系。最后, 对近几年SiC_f/SiC在高性能航空发动机、聚变反应堆领域的应用进展进行了总结, 并对国内连续SiC纤维和SiC_f/SiC复合材料的发展进行了展望。     

SiC纤维直流电阻加热CVD工艺研究

对SiC纤维的直流电阻加热CVD工艺进行了研究,实验采用将两种硅烷的比例混合液体通过液体流量计计量供液并即时完全汽化后与氢气混合输入到反应管并在水冷水银封入气口通入顶吹氢的供气方案,从而简化了工艺并解决了反应气体冷凝问题.在CVD工艺研究中发现影响纤维沉积质量的因素主要有沉积温度、反应气体组分及流量、走丝速度等工艺参数,此外还发现直流电阻加热CVD工艺中,反应管前后存在约200℃的温差,采用双沉积室工艺可减缓温差.在一定的沉积参数下,可沉积出直径60～100μm、抗拉强度3100～4080MPa的SiC纤维.     

聚变堆结构材料SiC/SiC的研究进展

SiC/SiC复合材料具有优异的高温强度、抗蠕变性能、耐腐蚀和热冲击性能、假塑性断裂行为以及在聚变环境下固有的低诱导放射性和放射余热,被公认为是聚变堆结构的候选材料,在国际上很多反应堆概念设计中颇受瞩目.综述了几十年来世界范围内对聚变堆包层结构应用背景下的SiC纤维、SiC单体、纤维一基体界面以及SiC/SiC复合材料的研究进展,阐述了对该复合材料辐照效应的研究现状,并在此基础之上指出了目前SiC/SiC复合材料应用于聚变堆包层结构材料的限制因素.