先驱体转化法制备含锆SiC纤维及其组成

以聚硅碳硅烷(polysilacarbosilane,PSCS)与乙酰丙酮锆为原料,用常压高温裂解法制备了Si-Zr-C-O纤维先驱体聚锆碳硅烷(polyzirconocar-bosilane,PZCS),经过熔融纺丝、空气预氧化、惰性气氛烧成等工艺,制得Si-Zr-C-O纤维.通过元素分析、Auger电子能谱、X射线衍射、核磁共振和扫描电子显微镜等一系列分析测试手段研究了Si-Zr-C-O纤维的组成结构与性能.结果表明:Si-Zr-C-O纤维的元素组成为SiC1.24HxO0.56Zr0.0129(摩尔比),平均强度为2.5GPa,平均直径为11 μm,纤维表面光滑平坦,没出现孔洞、裂纹、沟槽等缺陷,直径均匀.Si-Zr-C-O纤维表层和内部元素组成不同.Si-Zr-C-O纤维为非晶SiC纤维,纤维中包含较多的不定形游离C和O,以不定形SiCxOy复合相的形式存在,Zr则与复合相中的O相结合.     

二氧化硅气凝胶高温稳定性研究

二氧化硅气凝胶具有极高的孔隙率和非常低的热导率,在保温隔热领域应用前景十分广阔。探究了二氧化硅气凝胶在不同温度热处理条件下热导率的变化情况,并从微观结构角度解释了其变化机理。随着热处理温度升高,气凝胶热导率先降低后升高。当热处理温度低于400℃时,气凝胶的热导率随热处理温度的升高而降低,这是因为较低温度的热处理去除了气凝胶内部的大部分杂质,并且使气凝胶的内部孔隙结构更加均匀;当热处理温度处于400~700℃时,更高温度的热处理使得气凝胶内部的孔径明显增大,气凝胶颗粒增大,使得热导率随热处理温度的升高而增加;当热处理温度高于700℃时,气凝胶颗粒开始烧结,骨架结构坍塌,密度显著增大,热导率也急剧上升,此时已不具备气凝胶轻质多孔的典型特征,可以认为已经失效。实验结果对亲水型气凝胶的应用给出了一定的指导:为保证气凝胶绝热能力的最优化,可以对气凝胶在400℃的温度下进行一段时间的保温;工作温度应在700℃以下,温度的升高会轻微降低气凝胶的隔热能力;气凝胶在700℃以上时会失去其绝热能力,因此不宜用于温度高于700℃的环境。     

用有机硅聚合物制造陶瓷材料

介绍了国内外用有机硅聚合物制造陶瓷纤维及陶瓷基复合材料方面的进展。     

Cf/SiC复合材料的制备及性能的研究

采用料浆渗积-有机前躯体裂解工艺制备碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料.制备材料的抗弯强度达283 MPa,断裂韧性达12.1 MPa·m1/2.     

二元炭质-二氧化硅干凝胶和气凝胶制备碳化硅晶须

以炭质水性中间相和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,由溶胶-凝胶法分别制得二元干凝胶和气凝胶前驱体.在氩气气氛中,通过碳热还原分别合成了直径在纳米级的SiC晶须.利用红外光谱,X-射线衍射和透射电子显微镜对合成的β-SiC晶须进行了表征,结果表明,SiC晶须的生长过程为\"VS\"机理,合成温度和前驱体制备工艺对SiC晶须的性质有较大的影响.     

连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料研究

采用化学气相浸渗法制造了连续碳纤维和碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料,并对复合材料的显微结构和力学性能进行了研究,C/SiC／SiC复合材料的密度分别为2．1g/cm^3和2．5g/cm63,在断理解过程中表现出明显的非线性和非灾难性的断裂行为和规律,C／SiC和SiC／SiC弯曲强度分别为450MPa和850MPa,从室温至1600℃强度不发生降低;断裂韧性为20MPa.m^1/2和41．5MPa.m^1/2,断裂功为10kJ.m^-2和28．1kJ.m^-2,冲击韧性为62．0kJ.m^-2和36．0kJ.m^-2,C/SiC和SiC/SiC复合材料具有优异的抗热震性能,经1300℃→←3000℃,50次热震后,强度保持率高达96．4％,热震不是材料性能损伤的控制因素,而SiC/SiC复合材料优异的抗氧化性能,对温度梯度不敏感,得合材料喷管在液体火箭发动机上成功地通过了地面实验。     

SiO2气凝胶隔热保温涂料研究及保温结构优化设计

石油化工行业是国家节能减排重点工程之一,如果相关设备设施保温不当,不仅会造成严重的热量散失,还会对油水分离和输送等产生影响。本文系统介绍了传统的以中空玻璃微珠或陶瓷微珠为主要隔热功能填料的隔热保温涂料的保温机理、性能及其存在的问题;以 SiO₂气凝胶为主要功能填料的新型隔热保温涂料研究现状及研究中的技术难点;针对不同应用环境,开发兼具防腐、防开裂、隔热保温功能的复合保温结构设计。本文为研制新型耐高温、高效水性无机隔热保温涂料的研究提供了参考方向,为隔热保温涂料在石油化工领域的工程应用提供分析。     

基于气凝胶保温涂料的复合保温结构研究及应用

本文以纳米气凝胶、 TiO₂、SiO₂、SiC三种隔热粉体作为填料,氧化铝纤维和硅酸铝纤维作为增强材料,有机-无机复合胶体作为粘结剂,制备了纳米气凝胶保温涂料。考查了气凝胶用量对涂料的干密度、隔热性能和导热系数的影响。结果表明：粘结剂量为 35%、纤维总加入量为 25%（氧化铝纤维和硅酸铝纤维质量比 1∶1）、填料量为 40%（TiO₂、SiO₂、SiC粉体质量比例为 2∶1∶1且保持与气凝胶量的总和占涂料的 40%）,当气凝胶量为 15%时,涂料的导热系数为 0.04 W/m.K,干密度为 158 kg/m³,涂料的隔热性能最好。以纳米气凝胶保温涂料为基础,研究了一种适用于稠油热采蒸汽管保温的复合保温结构,将耐热纤维层、保温涂料层和金属外壳进行复合,这一复合保温结构成功应用在稠油注蒸汽管道外层保温改造项目中。与原有保温结构相比,年估算节能量约为 94.8 t标准煤,有效提高了稠油热注蒸汽管线的保温效果。     

碳纤维增强SiC陶瓷复合材料的研究进展

碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料具有良好的高温力学性能,是航空航天和能源等领域新的高温结构材料研究的热点之一．本文回顾了增强体碳纤维的发展,对材料的成型制备工艺,材料的抗氧化涂层研究进展和现有的一些应用做了综述,并展望了碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料以后的研究重点及发展前景．     

Does a True Fatigue Limit Exist for Continuous Fiber-Reinforced Ceramic Matrix Composites?

The high-cycle high-frequency fatigue behavior of a Nicalon-fiber-reinforced calcium aluminosilicate ceramic composite was investigated. A key goal of the room-temperature fatigue experiments was to determine if a true fatigue limit or endurance limit existed for this ceramic matrix composite. Although no fatigue failures occurred beyond 10⁷ cycles, the stress–strain hysteresis modulus and frictional heating continued to change up to 10⁸ cycles, at which point the 200 Hz experiments were terminated. This suggests that fatigue damage continued to evolve and that a true fatigue limit may not exist in ceramic matrix composites that have undergone interfacial frictional sliding.     

二氧化硅气凝胶复合隔热材料研究进展

二氧化硅气凝胶具有高孔隙率、低热导率等特点,使其成为新型超级隔热材料。然而,二氧化硅气凝胶的柔韧性、整体性差,并且常温干燥制备的气凝胶在高温时热导率迅速上升,这些都大大限制了二氧化硅气凝胶的应用。近些年,通过原位溶胶-凝胶法和模压成型法制备得到的二氧化硅气凝胶复合隔热材料,在一定程度上提高了其韧性、整体性和高温隔热性能,使得二氧化硅气凝胶作为单独块体隔热材料成为可能。本文阐述了二氧化硅气凝胶隔热材料的隔热机理,综述了近年来抗辐射型、纤维增强型和聚合物增强型二氧化硅气凝胶复合隔热材料的研究现状,最后讨论了该领域今后研究趋势。     

宁夏碳化硅产业发展现状与对策

碳化硅陶瓷材料因具有多种优异性能已成为应用非常广泛的新材料。宁夏基于自身丰富优质的太西煤资源,在中国乃至全球碳化硅产业中都占据重要的地位。根据文献调研与实地走访,研究了宁夏碳化硅产业近几十年的发展历程,梳理出产量大但产值低、份额高但分量轻、企业群庞大但市场话语权不足的独特现状。基于此现状及碳化硅材料发展趋势,建议宁夏碳化硅产业在政策扶持下建立并增强高校、企业、市场间产—学—研—用的创新合作模式,在已有优势基础上瞄准高技术陶瓷产品和半导体电子信息材料领域,加快产业的高质量发展。     

Fabrication of Continuous-SiC-Fiber-Reinforced SiAlON-Based Ceramic Composites by Reactive Melt Infiltration

A technique for fabrication of β'-SiAlON-based ceramics in three-dimensional woven fabrics of BN-coated SiC (Hi-Nicalon™) fibers was developed by reactive melt infiltration in a controlled N₂ atmosphere. β'-SiAlON was produced in situ by the reaction of β-Si₃N₄, AlN, and Y-Al-Si-O molten glass. The wettability of the fibers with the molten glass was improved by infiltration and pyrolysis of perhydropolysilazane, resulting in fully dense matrix composites. The reaction between the fiber and molten glass could be depressed by increasing the N₂ partial pressure during the melt infiltration. The inhibition of the interfacial reaction may be related to the formation of carbon and oxynitride on the SiC fiber, in agreement with thermodynamic calculations as a function of N₂ partial pressure. The fabricated composites had a high ultimate flexure strength and a large work of fracture at room temperature. Degradation of the mechanical performance of the composites was small, even at 1773 K in an argon atmosphere.     

Oxidation mechanisms of SiC-fiber–reinforced Si eutectic alloy matrix composites at elevated temperatures

SiC-fiber–reinforced binary Si eutectic alloy composites have been developed for aerospace applications using the melt infiltration method. In this study, the oxidation mechanisms of various binary Si eutectic alloys were evaluated at elevated temperatures. We suggest that the oxidation resistance of eutectic alloys could be predicted using the Gibbs energy change for the oxidation reaction. Based on these calculations, eutectic alloys of Si-16at%Ti, Si-17at%Cr, Si-22at%Co, Si-38at%Co, and Si-27at%Fe were prepared. These alloys produced uniform SiO₂ layers and showed the same oxidation resistance as Si at 1000°C under humid conditions. Therefore, SiC composites using Si alloys with excellent oxidation resistance can be predicted using thermodynamic calculations.