γ射线辐照不熔化法制备碳化硅纤维及其性能

在空气中用γ射线辐照聚碳硅烷（polycarbosilane,PCS）先驱丝,利用红外光谱分析、凝胶含量测定、热重分析、氧含量测定和抗拉强度测试等手段研究了辐照前后PCS先驱丝化学结构、凝胶含量、热分解特性以及烧成SiC纤维的微观形貌、氧含量、抗拉强度和高温性能。结果表明：经γ射线辐照处理的PCS先驱丝通过形成Si—O...     

含氧气氛下电子束辐照聚碳硅烷制备碳化硅纤维

以聚碳硅烷(polycarbosilane,PCS)为原料,在含氧气(1%)的气氛下用电子束低剂量辐照PCS原丝,然后在惰性气氛下退火实现不熔化处理并烧成制得碳化硅(SiC)纤维.分析了退火温度对辐照后PCS的氧含量、凝胶含量及化学结构的影响,研究了PCS在含氧气氛下辐照及在惰性气氛下退火所发生的化学反应.结果表明:在辐照过程中,主要是Si-H与O2反应生成Si-OH;在退火过程中,主要是Si-OH缩合脱水生成Si-O-Si交联结构.在1250℃烧成制得的SiC纤维呈芯-壳结构,表壳富氧,而芯部氧含量较低.纤维的平均拉伸强度为2.4GPa,平均弹性模量为170.1 GPa.     

聚碳硅烷应用的研究进展

聚碳硅烷(PCS)作为碳化硅(SiC)陶瓷的先驱体,具有陶瓷产率高、制备连续纤维可改性加工性优异以及自交联性良好等特点,被广泛用于航空航天等高科技领域.本文就聚碳硅烷的性能以及它在SiC陶瓷和其他方面的应用进行了阐述.     

由聚碳硅烷纤维通过化学气相交联法制备低氧含量碳化硅纤维

以环己烯和1-己炔作为反应气氛,对聚碳硅烷(polycarbosilane,PCS)纤维进行化学气相交联不熔化处理,研究不熔化过程中PCS纤维的反应程度,凝胶含量变化以及烧成纤维的组成结构和性能.结果表明:在不饱和烃不熔化过程中,PCS分子结构中的Si-H键参与反应,Si-H键反应程度和PCS纤维的凝胶含量均随不熔化温度的提高逐渐增加且逐渐趋于稳定.制得的SiC纤维中氧的质量分数降低到5%～6%,纤维的拉伸强度达到2.60 GPa.X射线衍射谱显示:与空气不熔化相比,化学气相交联法制备的SiC纤维具有更好的β-SiC微晶结构.     

张力对聚碳硅烷纤维热解过程和SiC纤维性能的影响

用先驱体转化法制备连续SiC纤维,在聚碳硅烷(polycarbosilane,PCS)纤维热解过程中有明显的质量损失和收缩,造成了纤维的弯曲,从而影响了SiC纤维的单丝强度和束丝拉伸性能。为避免纤维弯曲,施加一定的张力对预氧化PCS纤维进行热解。结果表明;张力对于纤维的热解过程,特别是对纤维的伸缩过程有很大的影响。通过施加适当的张力,烧成后的SiC纤维平直,丝间的平行度明显改善,单丝强度和束丝拉伸性能均有提高,纤维的晶粒尺寸有一定的增加。加张力烧成中较佳张力为每束丝0．049～0．147N,SiC纤维的单丝强度达1．42GPa,提高20％左右。     

烧结温度对SiC纤维结构及性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用先驱体转化技术制备出耐高温的连续Si C纤维。研究了烧成过程中温度对纤维结构及性能的影响。结果表明,当纤维的烧成温度低于1 400℃时,纤维的拉伸强度随着温度升高缓慢上升;烧成温度为1 400℃时,氧的质量分数为1.96%,硅碳原子个数比为0.757 6,拉伸强度为2.7 GPa,晶粒尺寸为5.4 nm,惰性气氛下1 800℃处理1 h后,强度保留率为49.63%,空气气氛中1 250℃处理后,拉伸强度仍保留2.24 GPa。烧成温度在1 400℃之后,拉伸强度明显下降。当烧成温度为1 800℃时,拉伸强度为1.32 GPa。这主要是纤维中Si CxOy相分解和晶粒长大两方面的综合因素起作用。烧成温度较高的纤维,惰性气氛中的耐高温性能较好。这是因为其氧含量较低,且纤维的晶粒尺寸增加幅度较小。烧成温度为1 800℃的纤维惰性气氛下1 800℃处理1 h后,强度保留率为72.73%。     

聚碳硅烷先驱丝的负压氧化特性研究

采用负压热氧化法对聚碳硅烷(PCS)先驱丝进行不熔化处理,并研究了气氛压力和处理温度对PCS先驱丝的增重率、硅氢反应程度、凝胶含量、化学结构及其热解特性的影响.结果表明:在负压热氧化作用下,先驱丝的增重率、硅氢反应程度、凝胶含量以及陶瓷产率均随气氛压力和处理温度的降低而降低.当气氛压力为-0.02 MPa时,随着处理温度从195 ℃降低到175 ℃,先驱丝的增重率从9.98%降低到2.80%,硅氢反应程度从63.62% 降低到21.85%,凝胶含量从73.53%降低到1.98%,陶瓷产率从87.81% 降低到81.29%.     

聚碳硅烷先驱丝的负压氧化特性研究（英文）

采用负压热氧化法对聚碳硅烷(PCS)先驱丝进行不熔化处理,并研究了气氛压力和处理温度对PCS先驱丝的增重率、硅氢反应程度、凝胶含量、化学结构及其热解特性的影响。结果表明:在负压热氧化作用下,先驱丝的增重率、硅氢反应程度、凝胶含量以及陶瓷产率均随气氛压力和处理温度的降低而降低。当气氛压力为-0.02 MPa时,随着处理温度从195℃降低到175℃,先驱丝的增重率从9.98%降低到2.80%,硅氢反应程度从63.62%降低到21.85%,凝胶含量从73.53%降低到1.98%,陶瓷产率从87.81%降低到81.29%。     

γ辐照聚碳硅烷先驱丝热解制备氮化硅陶瓷纤维及性能

在空气中采用γ射线辐照不熔化处理聚碳硅烷先驱丝,辐照先驱丝经NH3热解氨化、N2高温处理工序制备了Si3N4陶瓷纤维。利用红外光谱仪、碳硫分析仪、氮氧联测仪、X射线衍射仪、单纤维强度测试仪和扫描电子显微镜研究了辐照先驱丝的氨化过程以及最终制备Si3N4陶瓷纤维的性能。结果表明:辐照先驱丝在NH3中热解氨化时,随着氨化温度的升高,氨化纤维中碳含量逐渐降低、氮含量逐渐升高,在700℃时氨化纤维中有大量的Si-NH-Si和Si-NH2结构单元生成,经1000℃氨化后,氨化纤维中碳与氮含量分别为0.23%和28.75%;氨化纤维在N2中热处理时,随处理温度的升高,抗拉强度先升高后降低,在1200℃取得最大值为1.57GPa,当处理温度达1400℃时,Si3N4纤维由无定型结构长大转变为α-Si3N4晶型结构,抗拉强度仅为0.56GPa。     

不同生物模板低温烧结制备SiC木材陶瓷的对比研究

分别以毛竹、竹纤维、脱脂棉为模板,采用聚碳硅烷(PCS)有机溶剂浆料浸渍法,在惰性气氛下低温热解制备了SiC木材陶瓷,分别对烧成产物的微观形貌、线收缩率、体积密度、力学性能和元素组成等特征变化进行了讨论分析。结果表明:以PCS为陶瓷先驱体,选用不同生物模板,在1000℃下可低温烧结制备出SiC木材陶瓷。毛竹模板和竹纤维模板制备得到的木材陶瓷能较好地保留模板材料的原有结构,脱脂棉制模板则形成了不规则的通孔结构。随着PCS含量的增加,三种模板烧成的SiC木材陶瓷的线收缩率均逐渐降低;体积密度逐渐增大;竹纤维和脱脂棉模板制备的SiC木材陶瓷的抗弯强度逐渐增大,毛竹模板制备的SiC木材陶瓷的抗弯强度先上升后下降。相同PCS含量下,毛竹结构SiC木材陶瓷抗弯强度更大。     

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.     

聚碳硅烷低温制备杉木结构SiC陶瓷

杉木经NaOH预处理后,浸渍聚碳硅烷有机溶剂浆料,在1000℃、N_2气氛下低温烧结,制成一种具有杉木显微结构的多孔SiC陶瓷。研究了浆料中PCS含量对烧成SiC多孔陶瓷的微观形貌、线收缩率、体积密度及元素含量变化等性能的影响。结果表明:SiC多孔陶瓷保留了原木材的纤维束和管状孔结构,并且随着PCS含量的增加,SiC多孔陶瓷壁厚也随之增大。烧成SiC多孔陶瓷线收缩率随PCS含量的增加而增加;体积密度随PCS含量的增加而增大。     

先驱体聚碳硅烷的合成研究进展

介绍了近年来先驱体聚碳硅烷(PCS)的制备、性能和应用的研究现状和进展。着重介绍了合成先驱体PCS的主要方法：常压循环热裂解法、高压法、常压催化法和常压高温裂解法。比较了这几种合成方法的优缺点：从用PCS制备陶瓷纤维的用途来说，高压法是一种较成熟的方法，所制备的陶瓷SiC纤维的性能也较好，但装置复杂、成本较高、安全性较差；常压高温裂解法合成装置简单、成本较小、安全性也好，但使用该法制得的陶瓷SiC纤维的性能较差。     

聚碳硅烷/聚硅氮烷先驱体体系的交联

考察了Si-C-N陶瓷的先驱体聚碳硅烷（PCS）/聚氮硅烷（PSZ）体系的交联条件。包括交联时间，温度，引发剂和催化剂的种类和用量对交联产物及陶瓷产率的影响。并采用热重分析（TG）法研究了PCS/PSZ体系的交联和裂解过程。结果表明，mpcs:mPSZ:mxylene:mDCP等于2：2：1：0.05，交联条件为温度120℃，压力2MPa。时间6h时，得到的交联产物外观较好。陶瓷产率较高。达到77.8%。     

电子辐照对SiC陶瓷微观结构与辐致发光性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)为原料,通过聚合物裂解法分别在1 100和1 800℃制备出Si C陶瓷。用1.8 MeV电子源(辐照强度为5 360 Gy/s、总剂量约为20 MGy、辐照温度为200℃)对其进行辐照。对SiC陶瓷辐照前后的结构以及辐照后的辐致发光谱进行分析。结果表明:1 100和1 800℃得到的SiC陶瓷X射线衍射谱中最强峰强度分别下降了48.7%和50.5%,辐照区域晶粒变小,说明SiC陶瓷辐照后晶体结构发生了明显无定形化。1 800℃得到的Si C陶瓷辐照后局部区域出现了C元素富集。聚合物裂解法制备的Si C陶瓷中游离碳含量较高,导致其辐致发光强度低(0.1)。     

聚碳硅烷纤维的不熔化工艺研究

以聚二甲基硅烷(PDMS)为原料,在高压釜内高温高压反应合成了聚碳硅烷(PCS)先驱体,经多孔熔融纺丝制备lrPcs纤维。研究了不熔化温度、时间对PCS纤维质量、Si-H键反应程度、凝胶含量及氧含量的影响。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;随着不熔化温度的提高,时间的延长,PCS纤维的质量、Si-H键反应程度、凝胶含量、氧含量均逐渐增加,并逐渐趋于稳定。高压合成的PCS不溶化反应活性较高,引入少量的氧(4％～7％)即可实现不熔化。     

温度和成分质量比对聚碳硅烷陶瓷先驱体产率的影响

研究了温度和各成分的质量比对聚碳硅烷/二乙烯基苯和聚碳硅烷/二乙烯基苯/二甲苯先驱体溶液黏度的影响,以及质量比对其二者先驱体交联率和陶瓷产率的影响。结果表明:聚碳硅烷/二乙烯基苯先驱体的溶液黏度随温度的升高而降低;提高二乙烯基苯的含量,可以降低先驱体的溶液黏度,改善流动性,但是会降低先驱体的交联率和陶瓷产率。聚碳硅烷/二乙烯基苯/二甲苯先驱体的溶液黏度随温度升高而逐渐降低;增加二甲苯的质量比,先驱体溶液的黏度明显降低,流动性增加;且在40~60℃范围内,当聚碳硅烷/二乙烯基苯/二甲苯质量比为10:3:2时,先驱体的溶液黏度在170~410mPa·s之间,具有良好的流动性、长时间稳定性以及较高的交联率和陶瓷产率,适宜作为碳纤维预制体的浸渍液。     

聚铝碳硅烷的制备及应用进展

介绍了碳化硅（SiC）陶瓷纤维、含铝SiC陶瓷纤维的特点,综述了用聚碳硅烷、聚硅碳硅烷、聚二甲基硅烷与乙酰丙酮铝反应制备聚铝碳硅烷先驱体的合成方法,聚铝碳硅烷的化学结构及在制备耐超高温陶瓷纤维和发光陶瓷薄膜中的应用,评述了各种制备工艺的优缺点,提出了当前工作中需要解决的问题,并展望了今后的发展趋势。     

皮芯结构碳化硅陶瓷纤维的制备及性能

采用空气与真空气氛脉冲的方法对聚碳硅烷(PCS)纤维进行气氛脉冲热氧化处理,然后在惰性气氛中热解制备出具有皮芯结构的碳化硅陶瓷(Si C)纤维,研究了脉冲次数对PCS纤维热氧化质量增加率、化学结构、Si–H键反应程度、氧元素分布及烧成SiC纤维晶体结构与力学性能的影响。结果表明:气氛脉冲处理可实现PCS的热氧化不熔化,且热氧化反应主要发生在PCS纤维的外表层,外表层形成了大量的Si–OH、Si–O–Si和C=O含氧结构,氧在PCS纤维径向上呈现梯度分布特性,表层富氧芯部低氧,脉冲热氧化使得PCS纤维凝胶出现时对应的热氧化质量增长和Si–H键反应程度都较低,分别为7.03%和25.37%;烧成得到的Si C陶瓷纤维仍保持了同样的氧梯度分布特性,且具有β-SiC晶体结构,是一种典型的皮芯结构,抗拉强度可达(1.74±0.21) GPa。     

连续Si-C-Fe-O功能陶瓷纤维的制备

为了改善碳化硅纤维的电磁性能,首次由聚二甲基硅烷和二茂铁合成了聚铁碳硅烷,当二茂铁的添加量(以质量计)为2%时,所制得的聚铁碳硅烷经熔融纺丝、预氧化,惰性气氛中烧成后,可制得低电阻率(10-2Ω·cm)、拉伸强度为2.0GPa、长度大于500m的连续SiC FeO纤维。探索了连续SiCFeO纤维的制备工艺。研究了铁对纤维电阻率和βSiC结晶的影响。结果表明:铁含量的增加有利于βSiC晶粒的增长和电阻率的降低。