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％。     

全氢聚硅氮烷制备SiO_x涂层及其性能研究

以全氢聚硅氮烷(PHPS)为先驱体,采用氨水转化法在Si片基底上制备了SiOx涂层。利用扫描电镜(SEM)、紫外光谱仪、椭圆偏振仪、纳米压痕仪等对涂层的形貌、厚度、光学性能和力学性能进行了表征。结果表明在氨水气氛中,不同处理时间获得的涂层对可见光的透过率均大于95%,具有良好的透明性;随着处理时间的增加,涂层的折光指数变小,硬度和模量增大;处理4h后,PHPS完全转化为SiOx,涂层厚度约为280nm,610nm波长处折光指数约为1.41,硬度和模量分别达到3GPa和60GPa;继续延长处理时间,涂层的折光指数、硬度和模量基本不变。     

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。     

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。     

陶瓷先驱体聚硅氮烷连接Cf/SiC工艺及连接性能

采用陶瓷先驱体转化法连接Cf／SiC复合材料。针对Cf／SiC复合材料的不同连接界面特性,采用不同的连接配方和工艺。结果表明：对于第一类以SiC相为主的连接界面,采用单一的聚硅氮烷即可实现Cf／SiC复合材料的连接,当连接温度为1300℃,经两次浸渍／裂解增强处理的连接件接头抗剪强度达最大值29．6MPa;连接层厚度为2～3μm,其结构较为均匀致密,由无定型SiNC陶瓷组成;对于第二类以C纤维端面为主的连接界面,采用聚硅氮烷并加入活性填料纳米Al粉来实现其连接：当连接温度为1150℃,经两次浸渍／裂解增强处理的连接件抗剪强度达最大值22．5MPa;连接层厚度约为30μm,连接层中含有SiC、Si3N4和AlN等相。     

常温固化耐高温400℃的有机硅-聚硅氮烷涂料

目的实现有机硅树脂的室温固化并提高其耐热性,从而制备室温固化耐高温涂层。方法以硅羟基为活性官能团的有机硅树脂作为主体树脂,选择自制的聚硅氮烷作为固化剂,添加碳化硅和玻璃粉等耐热颜填料,制备一种室温固化的有机硅/聚硅氮烷耐高温涂料。采用红外光谱扫描仪和热失重分析仪分别对树脂的固化过程和耐热性能进行表征。加入填料后,对固化后涂层的铅笔硬度、抗冲击性、柔韧性和耐高温性能进行评价。采用金相显微镜对热处理后的涂层形貌进行观察。结果硅树脂和聚硅氮烷在室温下混合反应72 h后,涂覆层硬化成膜,其红外谱图中N—H的弯曲振动峰消失,归属于Si—N的吸收峰强度呈减弱趋势,证明了二者之间发生了化学反应。随着聚硅氮烷加入量的增加,样品热失重率减小且残重增加,其中加入32.5%聚硅氮烷的固化物样品,400℃的失重率仅为0.76%,失重5%时的温度高达500℃以上。固化后涂层的附着力为0级,柔韧性为1级。热处理后,涂层表面的平整度变好,附着力明显提高。结论聚硅氮烷不仅能常温固化硅树脂,改善其附着力,而且明显提高了有机硅树脂的耐热性。基于聚硅氮烷固化有机硅树脂制备的涂层具有良好的柔韧性和耐高温特性,最高耐温达到400℃以上。     

填料增强先驱体转化法制备陶瓷涂层的研究进展

先驱体转化陶瓷法是一种原位制备陶瓷涂层的新型方法.在先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层时,选择陶瓷产率较高的先驱体和添加填料是降低陶瓷涂层气孔率和收缩率的重要途径.填料在先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层中起着重要作用,通过添加填料,可进一步提高陶瓷涂层的性能并扩展其功能特性.填料主要包括惰性填料、活性填料、熔融型填料和牺牲型填料4种.对比了4种填料的类型和特点,介绍了填料增强陶瓷涂层的作用机制和选取原则,综述了填料增强先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层的研究现状.在裂解过程中,惰性填料的质量和体积均保持不变,可加入较高体积分数的惰性填料制备厚涂层;活性填料可与先驱体、裂解产生的小分子气体、保护气氛等反应,实现陶瓷涂层的近净成形;熔融型填料熔融后,填充到涂层空隙中,可提高涂层的致密化程度,消除基体和陶瓷涂层以及填料和先驱体之间由于热膨胀系数不匹配产生的应力;牺牲型填料分解后,形成孔状涂层,可控制陶瓷涂层中的应力,降低陶瓷涂层的有效弹性模量,增强陶瓷涂层的应变强度.针对陶瓷涂层的服役工况,选择合适的填料类型,确定填料的临界体积分数,揭示填料对陶瓷涂层组成、晶界结构、涂层致密化、裂纹缺陷及裂解反应过程的影响规律,研发新型裂解技术和工艺以控制先驱体转化为陶瓷涂层过程中产生的应力,是后续研究中需要重点关注的问题.     

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.     

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.     

FeWAl涂层及其耐高温硫腐蚀性能

通过在碳钢上电镀FeW合金镀层然后固相渗Al,获得了FeWAl涂层.对比研究了在800℃硫压为103Pa,氧压为10-21Pa或10-3～1Pa条件下FeAl和FeWAl涂层的硫化行为.结果表明,在高硫压(103Pa)、低氧压(10-21Pa)环境中,FeAl和FeWAl涂层均发生了灾难性腐蚀,腐蚀产物呈粉状.而适当提高环境中的氧分压(10-3～1Pa)时,FeWAl涂层具有良好的抗硫化性能.当在Fe-WAl涂层表面涂敷Fe2O3+SiO2混合层时,提高了涂层表面的氧分压,在高硫压低氧压的环境中促进了由硫     

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.     

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。     

全氢聚硅氮烷用于塑料表面硬化涂层的研究进展

塑料制品应用面广阔,但高分子聚合物自身结构的特点导致塑料制品表面在外力作用下易产生划痕,这既影响了美观,又降低了材料的性能和使用寿命。目前对其进行硬化处理得到了广泛的开发和使用,其中,表面涂覆硬化涂层是解决这一问题较为方便的方法。主要介绍了基于全氢聚硅氮烷制备塑料表面硬化涂层的国内外研究进展,并对不同的塑料基材已取得的研究结果进行了分类。全氢聚硅氮烷应用于PS表面,通过PHPS改性PS衍生物,在保证两种聚合物相容性良好的前提下,获得了高硬度的有机无机杂化涂层;应用于PC表面,通过控制PHPS/PMMA接枝聚合物结构,获得了透明、附着力优异、硬度高的有机无机杂化涂层,PHPS/有机硅氮烷转化后的涂层也极大地提高了PC表面的硬度;应用于PET和PMMA表面,将PHPS直接涂覆在基材表面即可获得致密、透明、附着力优异的高硬度涂层;应用于其他塑料表面,还可以提高基材的水蒸气阻隔性能、热稳定性等。最后指出随着涂层材料应用领域的不断扩大及对防护性能要求的不断提高,PHPS转化涂层未来在塑料基材表面增硬方面发展潜力巨大,应用前景广阔。     

采用SiC/Si_3N_4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。     

高速火焰喷涂FeCoCrNiAlTi高熵合金涂层的耐高温氯腐蚀性能

目的 提高垃圾焚烧发电锅炉的水冷壁和过热器管等部件的使用寿命,确定具有最佳耐高温氯腐蚀性能的高熵合金Fe CoCrNiAlTix的成分。方法 采用高速火焰喷涂在Q235基体上制备FeCoCrNiAlTi_x(x=0、0.4、0.8、1.2、1.6)高熵合金涂层,运用扫描电子显微镜、X射线衍射仪研究Ti含量对涂层形貌和组织结构的影响,并测试涂层的抗热震性能和耐高温氯腐蚀性能。结果 高速火焰喷涂熵合金涂层呈典型的层状结构,随着Ti含量的增加,涂层的孔隙率降低,x=1.2时涂层的致密度最高,其孔隙率仅为0.46%。添加Ti后的高熵合金涂层由FCC相和BCC相组成,随着Ti含量的增加,FCC相逐渐减少,涂层主要为BCC相。在800℃到常温的循环热震试验中,高熵合金涂层具有良好的抗热震性能。在60 h的高温熔盐腐蚀后,所有高熵合金涂层相较Q235具有显著的耐高温氯腐蚀性能,对高温腐蚀质量变化进行拟合,发现其满足幂函数模型。结论 添加适量的Ti能够改善Fe CoCrNiAlTi_x高熵合金涂层的成形质量,降低涂层的孔隙率,其中高速火焰喷涂Fe CoCrNiA...     

纳米Ni粉填料对聚硅氮烷连接SiC陶瓷接头性能的影响

研究了活性填料纳米Ni粉对陶瓷先驱体聚硅氮烷连接反应烧结SiC陶瓷接头性能的影响，同时与惰性填料纳米SiC粉及活性填料微米Ni粉进行了对比，指出填料的种类及颗粒度对连接强度均有较大影响。活性填料纳米Ni粉的加入可减少连接层内的孔隙和裂纹，同时还可以与聚硅氮烷的裂解产物及母材发生反应，促进聚硅氮烷的裂解，从而降低连接温度，提高连接强度。当连接温度为1200℃时，其最大抗弯强度达到251．6MPa。微观研究表明，连接层结构较为均匀致密，且与母材间界面结合良好。惰性填料纳米SiC粉对连接强度没有明显改善。微米Ni粉因不能与先驱体形成均匀的连接层而导致连接强度降低。     

电弧喷涂铝基涂层耐高温硫化腐蚀性能的研究

对电弧喷涂铝基涂层在600 ℃条件下的耐硫化氢腐蚀性能进行了研究,并与Fe-Al涂层和A304不锈钢的耐H2S腐蚀性能进行了对比.结果表明,铝基涂层的耐硫化氢腐蚀性能优于Fe-Al涂层和A304不锈钢.铝基涂层具有良好的耐H2S腐蚀性能的主要原因是涂层中的Al含量很高,在腐蚀过程中能优先生成A1的腐蚀产物以及涂层中含有多种铝的金属间化合物,能够阻碍硫原子向金属内部渗人,从而保证了铝基涂层具有良好的耐硫化腐蚀性能.     

先驱体转化制备ZrO2改性SiC陶瓷的烧蚀行为

采用先驱体浸渍-裂解法,以聚碳硅烷和正丁醇锆为原料高温裂解制备了ZrO2改性的SiC陶瓷材料,采用氧乙炔焰对材料进行烧蚀实验,结合XRD、SEM和EDS能谱等测试方法,研究了ZrO2的引入对材料烧蚀行为的影响。结果表明:在制备的ZrO2改性SiC陶瓷中,ZrO2以细碎的颗粒状存在于致密的SiC之间。ZrO2的引入提高了SiC陶瓷材料的抗烧蚀性能,引入质量分数为29%ZrO2后,SiC陶瓷的质量烧蚀率由0.0412g/s降低为0.0195g/s,烧蚀后材料未发生断裂。构建了烧蚀行为模型,可知ZrO2在烧蚀后能相对稳定的存在于烧蚀中心,而SiC被氧化为SiO2向四周流失。     

强流脉冲电子束表面改性FeCrAl涂层的显微组织及耐高温腐蚀性能研究

目的改善FeCrAl涂层表面组织,提高其耐高温盐溶液腐蚀性能。方法用电弧喷涂方法在45碳钢表面制备FeCrAl(Cr 25.5%,Al 5.5%,Fe余量)涂层。用强流脉冲电子束(HCPEB)对FeCrAl涂层进行表面改性处理,工作参数为:脉冲宽度200μs,能量密度分别为20、25、30、40 J/cm^2。处理脉冲次数均为1次。通过金相显微镜和扫描电子显微镜对改性层形貌进行分析,通过电子探针方法测量改性前后涂层中Fe、Cr、Al和O元素的分布变化,利用X射线衍射分析对比改性层的相成分组成。在温度650℃下,以Na2SO4+K2SO4饱和盐溶液为腐蚀介质,测试FeCrAl涂层的高温腐蚀性能,并对腐蚀表面形貌进行分析。结果HCPEB处理FeCrAl涂层发生表层重熔,原始粗糙疏松的涂层组织变得光滑致密,表面出现分离的球冠状凸起,凸起内部由排列紧密的Fe-Cr柱状晶组成,Al元素向凸起结构的表面和周围凹陷处聚集。随HCPEB处理能量密度增大,凸起结构尺寸增加,涂层表面的Fe2O3相消失,α-Al2O3相含量增多。经120h高温腐蚀后,原始涂层腐蚀增重63.8 mg/cm^2,HCPEB能量密度20 J/cm^2处理的样品腐蚀增重51 mg/cm^2。结论使用HCPEB在脉冲宽度200μs和能量密度20 J/cm^2下处理FeCrAl涂层后,其高温腐蚀增重较原始涂层减少20%,而使用过高的HCPEB能量密度处理会导致FeCrAl涂层表面结构和耐高温腐蚀性能变差。