热处理对NL202 SiC纤维结构与性能影响规律的研究

考察了Nicalon NL202SiC纤维经热空气环境脱胶之后,在惰性气氛下进行高温热处理前后,包括热失重、元素组成、物相组织、表面形貌、力学性能及电阻率等结构与性能所发生的变化。研究表明,热处理温度为1 200℃时,主要是因高电阻率的连续相无定型态SiCxOy的分解,纤维电阻率大幅降低,介电损耗能力提升,有望用于吸波材料。而热处理温度超过1 200℃时,剧烈的热分解,导致纤维结构的缺陷;且快速的晶化,导致纤维拉伸断裂模式由非晶态脆性断裂转变为多晶态沿晶断裂。所有这些,都导致纤维强度的显著下降。     

高温热处理对国产KD-SA型SiC纤维组成结构与力学性能的影响

高结晶近化学计量比SA型SiC纤维以其优异的耐温性,在新一代航空发动机和高超声速飞行器等领域得到广泛应用。对比国产第二代SiC纤维(F-Ⅱ),本工作研究了第三代SA型SiC纤维(F-Ⅲ)高温热处理前后的微观结构演变和拉伸强度及断裂行为。结果表明, F-Ⅲ纤维主要由β-SiC晶粒(～200 nm)和少量游离碳组成, F-Ⅱ纤维则由β-SiC晶粒(～5 nm)、游离碳和SiCxOy无定形相组成。与F-Ⅱ纤维相比, F-Ⅲ纤维具有更大的晶粒尺寸与孔隙,室温下的拉伸强度较低。但经1800℃热处理后, F-Ⅲ纤维结构和强度基本保持不变,而F-Ⅱ纤维由于发生了SiC_xO_y相的分解和晶粒长大,强度明显降低。SA型SiC纤维的耐高温性能优异,可归因于纤维组成结构上的高结晶、大晶粒和低碳氧含量。     

1800℃热处理对PIP法C/SiC复合材料结构和性能的影响

采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM),研究氩气中1800℃热处理对先驱体浸渍-裂解(PIP)工艺制备三维编织C/SiC复合材料结构和性能的影响。结果表明:在1800℃热处理过程中,C/SiC复合材料的界面处发生了碳热还原反应和硅扩散,导致基体和纤维之间产生化学结合,纤维受到损伤;1800℃热处理后,PIP法C/SiC复合材料出现8%的失重率,力学性能急剧下降80%以上,断裂行为由韧性转变为脆性断裂。     

Al掺杂对SiC粉体微波介电性能的影响

采用高温固相反应法,以Al粉和SiC粉为原料合成Al掺杂SiC粉体。通过X射线衍射分析和拉曼光谱对合成粉体进行了表征。结果表明,当反应温度高于1900℃时,合成产物中未出现Al的杂质相。在2000℃时,相对较多的Al原子进入到SiC晶格形成Al-SiC固溶体。在8.2～12.4GHz频率范围,采用波导法对未掺杂和掺杂SiC粉体的介电常数进行了测试。结果表明,Al原子掺杂形成Al-SiC固溶体,可以有效地提高SiC粉体的微波介电性能。     

组成和结构对连续SiC纤维电阻率的影响

通过烧成制备了电阻率量级大小不同的三种连续SiC纤维, 对纤维的元素组成、结晶性能和表面结构进行了分析. 结果表明: 通过调整不熔化及烧成工艺参数可以获得电阻率量级不同的连续SiC纤维. 当纤维表层具有一定厚度的高富碳层结构时, 纤维的电阻率受整体自由碳含量与结晶性能的影响不再显著, 此时, 纤维将具有较低的电阻率. 富碳层的产生与不熔化纤维烧成时分解产生的烃类小分子的重新裂解沉积有关. 通过低温氧化除去纤维表面的富碳层可以使纤维电阻率增大. 表面结构对连续SiC纤维的电阻率大小有重要影响.     

热处理温度和掺杂浓度对AZO薄膜微结构的影响

采用溶胶-凝胶法在普通裁玻片上制备了（002）择优取向的AZO薄膜,研究了不同的热处理温度和掺杂浓度对薄膜微结构的影响。利用XRD和SEM表征了AZO薄膜晶体结构的择优取向和表面形貌。结果表明,热处理温度为450℃,择优取向最强,热处理温度高于或低于450℃时,择优取向都减弱;当掺杂浓度为2％时,AZO的择优取向最强,随着Al掺杂浓度的增大,薄膜的晶粒尺寸减小,薄膜变得更加致密。     

NiO掺杂对PMS-PZ-PT三元系陶瓷微结构和电性能的影响

探讨了NiO掺杂量对PMS—PZ—PT三元系陶瓷的微观结构和电性能的影响。实验结果表明：随着掺杂量的增加，物相组成由四方相向三方相转变：NiO在PMS—PZ—PT材料中的固溶度比较小；当掺杂量为0．02wt％时，εr，d33，κp，Qm等都有所提高，从而能获得好的压电性能，能满足超声马达实际使用的要求。     

1800℃烧成含铁SiC纤维的微观结构分析

以羰基铁为铁源,制备了含铁SiC纤维,并经1800℃×5min烧成。分别以扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及其能谱仪(EDS)表征了烧成纤维的微观结构和微区成分。结果表明,烧成纤维由致密的晶粒区及较为疏松的晶间区两部分组成。前者的主要成分是SiC和Fe;后者则包括游离碳及SiCxOy。烧成纤维的微观组织仍然致密,表明其所含的少量铁具有明显促进SiC纤维高温致密化的作用。     

B-C掺杂SiC纤维的制备及其性能研究

以聚碳硅烷、聚硼硅氮烷和二甲苯可溶沥青为原料通过低温共混得到了一种B-C掺杂SiC前驱体, 再经熔融纺丝、预氧化以及高温热处理制得B-C掺杂SiC纤维。采用红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对B-C掺杂SiC前驱体及其纤维的组成和微观结构进行了分析和表征, 主要研究了热处理温度对纤维组成、结构、力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明: 硼的引入有效地抑制了高温热处理过程中SiC晶粒的长大, 提高了C掺杂SiC纤维的稳定性; B-C掺杂碳化硅纤维经1600 ℃处理后主要由β-SiC组成, 并含有少量的O、B和N。B-C掺杂SiC纤维抗氧化性能优于C掺杂SiC纤维, 这主要归因于掺杂纤维在高温氧化过程中形成的硼硅酸盐玻璃膜对其内部的沥青炭起到了很好的氧化防护作用。     

TiC和SiC掺杂MgB2超导体的对比研究

分别制备了8％（质量分数）的TiC和5％（质量分数）的SiC掺杂的MgB2超导块材，并对比分析了这两种掺杂物对MgB2超导块材的性能影响。所有样品均在流动的Ar气保护下在不同退火温度下退火，研究发现TiC掺杂和SiC掺杂的MgB2样品的最优化工艺参数分别是900℃保温1h和720℃保温1h。随后采用XRD和SEM分别对样品进行了相成份和微观结构的分析，并采用PPMS测试了样品的磁滞回线并由Bean模型计算出了样品的临界电流密度。在4．2K，0T下TiC掺杂的五值为1．0×10^5A／cm^2，而10K，0T下SiC掺杂样品的五值为4×100A／cm^2。而且随着外加磁场的增加，SiC掺杂MgB2样品的五值下降得比TiC掺杂的MgB2样品要缓慢很多，这表明了SiC掺杂比TiC掺杂更有利于改善MgB2在高场下的超导电性能。     

分步反应法制备SiC掺杂MgB2超导线材的研究

以干燥的B粉和Mg粉为原料,采用分步反应法制备了SiC(40～45μm)掺杂的MgB2/Nb/Cu超导线材.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究了在650℃热处理温度下不同掺杂量对所制备样品的相组成、微观结构的影响.采用标准四引线法测定了样品的电阻温度曲线,结果表明,当该工艺第二步热处理温度为650℃时,反应不完全,应适当升高温度;同时高SiC掺杂量有利于在MgB2线材中引入更多B位C掺杂,表现为Tc略有降低,从而提高了其磁通钉扎特性.     

SiC掺杂对MgB2/Fe超导线材临界电流密度和显微结构的影响

利用原位粉末套管法制备出SiC微粉掺杂的MgB2-x(SiC)x2／Fe(z=0．00、0．05、0．10、0．20)超导线材。在750℃,流通高纯氩气的条件下热处理1h后,大部分SiC没有参与取代B位的反应。随着x的增大,线材中非超导相SiC和Mg的含量增加,MgB2的平均晶粒尺寸变小,从而使可作为磁通钉扎中心的晶界的面积相应增加。在外加磁场中,MgB2超导线材的临界电流密度(Jc)随x增大逐步升高,至x=0．10时Jc性能最好,其在6K,5T时的Jc达到了8480A／cm^2,比未掺杂线材的Jc高出约70％。但是,当x=0．20时,Jc却有所下降。Jc的这种变化规律与SiC掺杂引起的MgB2晶粒变小,以及非超导相物质含量之间的相互平衡有关,其中MgB2晶粒变小是Jc提高的主要原因。     

氧含量对连续SiC纤维弹性模量影响的研究

采用不同预氧化升温制度分别制备了系列Si-H键反应程度不同的PCS不熔化纤维,并在—定温度下高温烧成,制得系列氧含量不同的SiC纤维.采用元素分析,XRD,SEM等分析手段系统研究了氧含量对SiC纤维组成、结构、性能,尤其是对SiC纤维弹性模量的影响.在惰性气氛保护下,对上述系列SiC纤维进行高温处理,研究了氧含量对高温处理后的SiC纤维弹性模量的影响.     

酚醛纤维在热处理过程中微结构的变化

采用热塑性酚醛树脂经熔融纺丝和酸催化固化获得酚醛纤维。借助比表面积及孔结构测定仪、IR、TG-MS和XRD等揭示了酚醛纤维在炭化过程中微结构的发展：研究结果表明：在450℃～900℃的热处理过程中，850℃时BET比表面积达到最大值1040m^2／g；同时，伴随大量分解气的逸出，炭基体内部形成孔道。     

一种具有稳定富碳表层的SiC纤维的制备与性能

采用不饱和烃不熔化处理后的聚碳硅烷（PCS）纤维经高温烧成可制得一种新型的SiC纤维,纤维的抗张强度达2.5~2.8GPa,氧含量4wt%~6wt%,电阻率仅为0.5Ω·cm左右,大大低于采用传统空气不熔化方法得到的SiC纤维.研究表明:该纤维表面存在厚度约50nm的富碳层,并且在Ar气中进行高温热处理后,表面富碳层结构无明显变化.与日本通用级SiC纤维Nicalon NL202 相比,纤维的耐热性提高200~300℃.纤维具有低电阻率稳定性,从室温到1600℃,其电阻率始终保持在0.4~0.8Ω·cm.     

单组元钛掺杂石墨的导电性能及微观结构的研究

用煅烧石油焦作填料、煤焦油沥青作粘结剂、钛粉作催化剂,采用热压工艺在2600℃左右、8～10MPa条件下热压成型,制备出一系列不同质量配比的单组元钛掺杂石墨.考察了钛组元的质量配比对单组元钛掺杂石墨的导电、力学性能的影响以及微观结构的变化.实验结果表明,与相同工艺条件下制备的纯石墨材料相比较,催化剂钛不仅可以降低掺杂石墨材料的电阻率,而且可以提高材料的力学性能.室温下材料的层面方向上,单组元钛掺杂石墨DT-15的电阻率为1.96μΩ·m,抗弯强度可达50.2MPa.经XRD及Raman分析表明,原料中掺杂适量的钛粉,在材料制备过程中可以起到催化石墨化作用,使材料的石墨化度及微晶尺寸增大,晶面层间距降低.其中,DT-15的石墨化度为96.4%,微晶尺寸La为306nm.XRD物相分析表明,催化剂钛粉最终在材料中以TiC的形式存在,钛粉在材料制备过程中的催化石墨化作用可以用液相转化机理得到较为合理的解释.     

纤维表面涂层对SiC(f)/SiC复相陶瓷力学性能和界面结构的影响

报道了化学气相浸渍（CVI）工艺制备的SiC（f）/SiC复相陶瓷中纤维表面涂层对复合材料力学性能和显微结构的影响。SEM观察表明：C或B N表面涂层改变了SiC（f）/SiC复相陶瓷中纤维与基体间的强界面结合,使断裂过程中的界面解离和纤维拔出大大增加,与此同时材料的断裂韧性和断裂功明显提高。说明C或BN纤维表面涂层能够大大地改善SiC（f）/SiC复相陶瓷的脆性断裂行为模式。高分辨电镜的观察证实在CVI过程初期,纤维表面首先发生石墨界面相的沉积,该界面相具有明显的层状晶格条纹,而纤维表面C涂层为无定型态。     

自由碳的脱除对SiC纤维微观结构和性能的影响

采用加氢烧成法脱碳, 制备了不同自由碳含量的连续SiC纤维。通过元素分析、红外、X射线衍射和拉伸试验等手段对纤维的脱碳过程、元素组成、微观结构和性能进行了分析。结果表明: 加氢烧成通过抑制脱H₂反应、促进脱CH₄反应而实现有效脱碳, 且氢气浓度越高, 纤维中的碳含量越低。纤维芯部元素分布均匀, 表明该方法可以实现均匀脱碳, 但表面出现很薄的富碳层, 这是纤维经氢气处理后表面吸附氧形成的富氧层在高温烧成时分解所致。自由碳的脱除引起纤维晶粒长大, 密度增加, 孔隙率降低, 电阻率升高, 拉伸强度与拉伸模量提高。近化学计量SiC纤维具有优异的综合性能。     

热处理工艺对硫酸掺杂聚苯胺性能的影响

采用四因素三水平正交设计法,研究了硫酸掺杂导电聚苯胺(p型)的热处理优化条件,结果表明最优热处理条件为:175℃、8h,此时聚苯胺的电导率和结晶度最大,分别为4.926S/cm和28.94%。通过X射线衍射分析(XRD)、差热分析(DTA)和电导率测试等手段,对其进行表征分析,并比较热处理前后聚苯胺太阳能电池性能。结果表明,经热处理后,掺杂聚苯胺分子构型变为扩展线圈,结晶度、电导率和热稳定性得到很大提高,也使得组装的聚苯胺太阳能电池性能较未热处理前大为提高。