先驱体法制备氮化硼陶瓷材料的研究进展

氮化硼陶瓷是一种性能优异并有很大发展潜力的新型陶瓷材料,但是传统的高温合成法无法制备高质量的BN纤维、薄膜、泡沫、涂层或复杂形状的复合材料,只能通过先驱体法实现。简单介绍了先驱体陶瓷技术,重点综述了先驱体法制备氮化硼陶瓷纤维和氮化硼陶瓷复合材料的研究进展,并对先驱体法制备氮化硼陶瓷的发展趋势做了展望。     

氮化硼纤维的研制

研究了用先驱体法制备氮化硼（ＢＮ）纤维的全过程。以ＰＢＣ１３和（Ｍｅ３Ｓｉ）２ＮＨ为原料直接合成具有纺丝性能的聚硼氮烷，经纺丝、不熔化处理离温烧结等一系列工艺处理，制得了ＢＮ纤维。纤维的平均直径３６μｍ，连续长度６０ｃｍ，拉抻强度１１０ＭＰａ。探讨了制备工艺过程中的一些基本规律．     

前驱体法热解合成氮化硼的研究进展

综述了近年来国内外前驱体法合成氮化硼的研究成果,并对这些前驱体合成氮化硼的性能进行了评述,最后对前驱体法合成氮化硼的发展方向进行了展望。     

氮化硼纤维先驱体聚硼氮烷的研究进展

氮化硼纤维是继炭纤维和炭化硅纤维后广受关注的高性能无机纤维,在航空航天等领域已显示出重要应用前景。聚合物先驱体转化法是其有效的制备方法,合成性能优异的聚硼氮烷先驱体则是该方法的关键。文中介绍了近年来氮化硼纤维聚合物先驱体的最新研究成果,重点综述了先驱体的合成路线及性能,并展望了其未来的研究重点。     

氮化硼陶瓷纤维的合成研究进展

综述了近十几年来BN陶瓷纤维的合成方法,主要介绍了由有机先驱体制备BN陶瓷纤维的合成工艺路线,分别阐述了非氧先驱体法和含氧先驱体法,并简要介绍了各类方法制得的纤维的性能。     

合成硼碳氮体系薄膜的XPS研究

采用Ｘ射线光电子谱（ＸＰＳ）分析３００～５００℃等离子体源离子渗氮硼和碳化硼薄膜合成的氮化硼和硼碳氮薄膜。利用合成薄膜成分可控的特点,研究Ｂ、Ｃ、Ｎ对薄膜的ＸＰＳ影响。结果表明,ＸＰＳ分析合成氮化硼薄膜能够确定其化学组成,但不能确定ｓｐ＾２和ｓｐ＾３型键合结构特性;ＸＰＳ分析硼碳氮薄膜能够确定其成分和结构特性。在较高的工艺温度下,等离子体源离子渗氮合成的硼硕氮薄膜具有ｓｐ＾２和ｓｐ＾３型复合的键合     

六方氮化硼颗粒制备方法研究进展

概述了六方氮化硼颗粒制备方法及研究现状。介绍了先驱体法、化学气相沉积法、传统高温法、水(溶剂)热法等不同的制备方法,对合成六方氮化硼颗粒的工艺条件对颗粒形成的影响做了深入的综述。经过分析进一步得出高温精制及在焙烧时加入适量的助剂将会提高产物的结晶度和纯度,指出了各种制备方法的优劣及如何避免合成中存在的问题,并进一步展望了各种制备方法的前景。     

在hBN-Li3N-B体系中合成黑色立方氮化硼

在高温高压条件下在hBN-Li3N-B体系中合成黑色立方氮化硼,研究了添加B的影响.结果表明,在合成的富硼cBN晶体中,没有其它杂质;体系中加入B使合成出的晶体晶形相更完整.过量的B进入晶体是晶体颜色由黄色变成黑色主要原因,硼的进入抑制了cBN晶体沿〈111〉方向生长而有利于沿〈100〉方向生长,由原来的板状晶体变成类八面体状或类球形晶体.用掺B的方法合成的黑色晶体比未掺B的黄色晶体具有更小的残余应力,破碎强度更高.     

聚硼硅氮烷先驱体的合成及其目标陶瓷SiBNC的性能

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在氨气气氛中高温热解可得SiBNC陶瓷.对先驱体及其陶瓷产物的组成、结构和高温结晶性能进行了研究.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.1000℃的陶瓷产率为61%,陶瓷中碳含量低于0.5%,具有较好的热稳定性能,能够在1700℃以上保持非晶,在1850℃部分结晶,主要由Si3N4、BN和少量SiC组成,1500℃-1850℃间质量损失约为10%.     

水解对聚烷胺基环硼氮烷及其热解产物的影响

研究了一种新型氮化硼先驱体——聚烷胺基环硼氮烷（PPAB）在空气中的水解过程,利用FT-IR、TGA、XRD和EDX考察了水解对PPAB及其在氩气中裂解产物结构和组成的影响。结果表明PPAB在空气中极易水解,其分子结构中的B—N键易水解形成B—O键,水解程度随放置时间及温度的增加而加快。水解前后的PPAB在1000℃时的陶瓷产率分别为45.9%和56.4%。水解后的先驱体在Ar中的裂解产物中含有较多B2O3,而未水解的PPAB裂解产物中B、N原子比接近化学计量比,不含B2O3。     

SiC/BN层状陶瓷耐损伤性能

采用压痕法在SiC/BN层状陶瓷试样的表面引入不同尺寸的表面裂纹,利用三点弯曲测量含裂纹试样的极限断裂应力,研究了不同尺寸的表面裂纹对层状陶瓷断裂强度的影响;根据压痕载荷-强度实验结果,测定层状陶瓷的阻力曲线,并与单相SiC陶瓷对比。结果表明,层状陶瓷的压痕强度对压痕裂纹深度的变化不敏感,阻力曲线呈上升型;而单相SiC陶瓷的压痕强度随压痕裂纹深度的增加急剧下降,阻力曲线呈平稳型,说明层状陶瓷具有优异的耐损伤性能和升值R-曲线行为。分析认为,裂纹在弱界面处发生偏折是层状陶瓷具有优良耐损伤性能和升值R-曲线行为的主要原因。这为陶瓷材料在含有一定的制备和加工缺陷以及承受冲击、磨损等接触损伤的条件下保持高强度提供了可能。     

弱层成分对SiC/BN层状陶瓷阻力行为的影响

利用压痕2强度法测定了不同弱层成分的SiC/ BN 层状陶瓷的阻力曲线行为, 研究了BN 弱层成分对SiC/ BN 层状陶瓷的阻力曲线行为的影响, 并与SiC 块体陶瓷作对比。结果表明: 与SiC 块体陶瓷相比, SiC/ BN层状陶瓷具有更为明显的升值阻力曲线行为, 且其阻力曲线行为受弱层成分的影响。其中, BN 弱层中加入30 %Al₂O₃ 的SiC/ BN 层状陶瓷显示出更为优越的抗裂纹扩展能力, 其阻力曲线上升最陡, 上升幅度最大。分析认为,这与它们不同的增韧机制和界面的结合状态有关。原位增韧是SiC 块体陶瓷韧性提高的主要原因。裂纹遇到弱界面时发生偏转、分叉以及脱层等是层状陶瓷材料抗裂纹扩展能力提高的主要原因。而弱层成分又影响着裂纹的偏转, 适当结合强度的界面有利于裂纹的偏转, 结合强度太弱太强的界面都不利于裂纹的偏转。      

Si3N4/BN层状复合陶瓷抗穿甲破坏实验研究

研究了Si3N4/BN层状复合陶瓷的抗冲击破坏及抗穿甲破坏行为.研究发现:在射钉枪的作用下,处于自由状态的Si3N4/BN层状复合陶瓷比Si3N4块体陶瓷具有更好的抗冲击破坏能力.在7.62mm口径穿甲燃烧弹的作用下,Si3N4/BN层状复合陶瓷的抗穿透能力比Si3N4块体陶瓷略有下降,但仍远远高于45号钢材,而且在实弹冲击后不会像Si3N4块体陶瓷那样整体破坏.     

Properties and microstructure of B-N-Al-Ti composite ceramics produced by self-propagating high-temperature synthesis

Nitride-boride composite ceramics differing in BN, A1N, and TiB₂ contents have been prepared by self-propagating high-temperature synthesis in filtration combustion mode (high nitrogen pressure), and their physical properties have been studied by a variety of techniques. The influence of starting-mixture composition and preparation conditions on the properties of the ceramics has been analyzed.     

I.r. spectroscopy characterization of various types of structural irregularities in pyrolytic boron nitride

Samples of pyrolytic BN ceramics were produced by CVD from BCl₃-NH₃-N₂ mixtures at temperatures of 1300–2100°C, pressures 1–20 torr and varying partial pressures of the components. A theoretical analysis of the dependences of i.r. spectral band frequencies on interlayer distance and crystal block size is given. Five BN structure modifications have been found in BN ceramics from i.r. band shape analysis: hexagonal graphite-like, partially ordered, turbostratic, dense amorphous and highly dispersed amorphous, whose relative content strongly depends on the synthesis conditions.     

BN含量对多孔BN/Si3N4陶瓷结构和性能的影响

以氮化硅(Si₃N₄)为基体, 氮化硼(BN)为添加剂, 叔丁醇为溶剂, 采用凝胶注模成型与无压烧结工艺(温度为1750 ℃、保温时间为1.5 h、流动N₂气氛), 成功制备出具有一定强度和低介电常数的多孔BN/Si₃N₄陶瓷。在浆料中初始固相含量固定为15%体积分数的基础上, 研究了BN含量对多孔Si₃N₄陶瓷材料的气孔率、物相组成及显微结构的影响, 分析了抗弯强度、介电常数与结构之间的关系。结果表明, 通过改变BN含量可制备出气孔率为55.1%~66.2%的多孔Si₃N₄陶瓷; 多孔BN/Si₃N₄复合陶瓷的介电常数随着BN含量的增加而减小, 为3.39~2.25; 抗弯强度随BN含量提高而有所下降, BN质量分数为2.5%时, 抗弯强度最高, 为(74.8±4.25) MPa。     

PTCR陶瓷材料的超低温烧结

主要研究了ＢＮ对ＰＴＣＲ陶瓷材料低温烧结的作用．对Ｌａ掺杂ＢａＴｉＯ_３ＰＴＣＲ陶瓷,在１１００℃的低温下烧结可以得到室温电阻率为１５０Ω·ｃｍ、升阻比为４．９个数量级的样品．对居里温度为３６０℃的高居里点（Ｂａ_０．４Ｐｂ_０．６）ＴｉＯ_３ ＰＴＣＲ陶瓷材料,选用 Ｎｂ_２Ｏ_５为半导化剂,ＢＮ和ＡＳＴ为助烧剂时,可以在１０００℃左右的超低温下烧成．同时,对ＢＮ助烧剂的液相烧结机制进行了初步的探讨．     

Machinable Al2O3/BN composite ceramics with strong mechanical properties

Al₂O₃/BN composite ceramics with nano-sized BN dispersions ranging from 0 to 30 vol.% were successfully fabricated by hot-pressing α-Al₂O₃ powders with turbostratic BN (t-BN) coating, which was prepared through chemical processes using boric acid and urea. SEM observations revealed that the nano-sized hexagonal BN (h-BN) particulates were homogeneously dispersed within Al₂O₃ grains as well as at grain boundaries. Vickers hardness of materials decreased with an increase in BN content. The fracture toughness was improved but the fracture strength had a small decrease, in comparison to Al₂O₃ monolithic ceramics. The nanocomposite ceramics with BN content more than 20 vol.% exhibited excellent machinability, which could be drilled using conventional hard metal alloy drills. Drilling rates and normal forces demonstrate the ease of machining of these materials. The preliminary information on the relationship between microstructures and properties are provided. The mechanism of material removal is also discussed.     

无压烧结制备高致密度AlN-BN复合陶瓷

以低温燃烧合成前驱物制备的比表面积为17.4m²/g的AlN粉末和市售BN粉末为原料, 利用无压烧结工艺制备AlN-15BN复合陶瓷, 研究了复合陶瓷的烧结行为以及制备材料的性能, 结果表明: 由于AlN粉末的烧结活性好, 复合材料的烧结致密化温度主要集中在1500～1650℃之间, 在1650℃烧结后, AlN-15BN复合陶瓷的相对密度可达95.6%. 继续升高烧结温度, 材料的致密度变化不大, 热导率继续增加. 在1850℃烧结3h后, 可以制备出相对密度为96.1%, 热导率为132.6W·m^-1·K^-1, 硬度为HRA64.2的AlN-15BN复合陶瓷. 提出了高比表面积的AlN粉末促进复合陶瓷烧结的机理, 利用XRD, SEM等手段对烧结体进行了表征.     

Effect of molecular monomer structure on the composition and properties of BN via the preceramic polymer route

Boron nitride (BN) ceramics were prepared via the preceramic polymer route from two (alkylamino)borazine (AAB) monomers. The effect of monomer structure on the chemical composition, microstructure, oxidation resistance and high-temperature stability of BN was investigated. The two ceramics were characterized by elemental analysis (EA), IR, XPS, XRD, HRTEM and TGA. With similar composition, BN derived from symmetric monomer had a higher crystallinity and exhibited better oxidation resistance/high temperature stability. This is due to that the structure of symmetric molecular derived polymeric precursor is close to that of hexagonal BN (h-BN).