新型SiBNC陶瓷先驱体——聚硼硅氮烷的合成与表征

以甲基氢二氯硅烷、三氯化硼、六甲基二硅氮烷为起始原料,采用共缩合的方法合成了一种新型的可溶可熔的SiBNC陶瓷先驱体——聚硼硅氮烷(PBSZ).该法合成工艺简单,且合成收率约为91%(w%).采用元素分析、傅立叶红外光谱、核磁共振波谱、X射线光电子能谱、动态热机械分析、热重分析等对PBSZ的组成、结构和性能进行了表征.结果表明,先驱体的主要骨架为—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.该先驱体熔点为69℃,数均分子量为10802,分子量分散系数为1.50.此外,所合成的先驱体具有优良的成型性,在80℃的N2气氛中可纺丝得到15～20μm的有机纤维,1000℃时相应陶瓷产率约为63%(w%).

陶瓷先驱体聚硅烷的合成与表征

以甲基氢二氯硅烷为单体,利用超声波条件下Wurtz聚合的方法,合成了可溶性聚硅烷,研究了对二溴苯和萘对反应的影响,并用红外光谱(IR)、凝胶渗透色谱(GPC)、X射线衍射(XRD)对产物进行了表征.结果表明:对二溴苯和萘均能使聚合反应平稳进行;在含有对二溴苯的反应体系中,所得聚硅烷的分子量较大,聚硅烷的陶瓷产率较高.对聚合机理作了初步探讨.

光聚合陶瓷先驱体裂解制备陶瓷涂层及其抗氧化性能

炭材应用广泛,但在高于500℃的有氧气氛中氧化迅速,其结构和性能受到严重影响。为此,采用光聚合巯基/乙烯基聚硅氮烷(PSN-1)陶瓷先驱体在炭材料表面裂解制备抗氧化陶瓷涂层,采用偏光显微镜和X射线衍射技术探讨了涂层对炭材抗氧化性能的影响。结果表明:先驱体溶液浓度为30%时浸渍效果最好;加入质量比(Ti/PSN-1)为1/10～1/5的钛粉时,制备的涂层抗氧化性能最佳,恒温氧化120min后,失重率仅为18%;最佳的浸渍/裂解循环次数为3次,恒温氧化120min,失重率为15%;聚硅氮烷经高温裂解后最终生成氮化硅陶瓷。

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。

陶瓷先驱体聚合物的应用

概述了几种典型的陶瓷先驱体聚合物聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚硅氧烷和聚硅烷等在陶瓷材料制备中的应用研究进展,重点阐述了在该领域所取得的研究成果,并针对目前存在的不足提出了今后的研究方向。

SiBNC体系陶瓷先驱体的研究进展

分别对SiBN、SiBC和SiBNC陶瓷先驱体及其单源先驱体的制备进行了综述。总的来说,陶瓷先驱体的制备可以分为两大类,即采用不同分子的共缩合和单源先驱体的缩聚两种路径。后者由于其单源先驱体分子具有最终陶瓷产物中所具有的组成和结构特征,并且这种特征能保持到最终的产物中,因而最受关注。同时对两种制备方法的发展前景作了初步的分析与讨论。

磁性碳化硅陶瓷先驱体聚铁碳硅烷的研究

通过低分子量的聚硅烷与二茂铁反应合成了聚铁碳硅烷(PFCS).探索了反应温度、裂解温度、二茂铁含量等因素对合成PFCS的影响.元素分析、红外光谱、氢谱分析表明,铁被引入到PFCS中,PFCS与聚碳硅烷的结构相似.高温裂解聚铁碳硅烷所得碳化硅陶瓷具有一定的磁性.

用B_4C陶瓷先驱体涂复碳纤维研究

用溴苯和 BF3乙醚为起始原料 ,合成出聚对亚苯基硼 ( PPB) ,高温裂解后得到含 B4C 54.4 %、B2 O2 1 3 .6%、自由碳 3 2 %的陶瓷。用溶液浸涂碳纤维 ( CF)并高温裂解后得到 B4C涂层 CF,与未涂层 CF相比 ,B4C涂层 CF抗热氧化性提高 2 0 0°C。 1 80 0°C热压时 B4C涂层 CF较未涂层 CF制得的 CF/Si C复合材料的 σb 值提高 1 0 .5%,KIC值提高 1 9.4 %,1 850°C热压时相应的 σb 值提高 3 1 .6%,KIC提高 5.8%。

聚合物陶瓷先驱体材料的合成与应用

概述了作为陶瓷先驱体的四种聚合物[聚碳硅烷(PCS)、聚硅氮烷(PSZ)、聚硼氮烷(PBZ)以及聚硅氧烷(PSO)]的合成与应用,介绍了国内外对该类材料研究的最新进展,并针对先驱体裂解转化陶瓷工艺所存在的局限性以及不足,提出了今后的发展方向。

SiBCN陶瓷先驱体的制备和应用研究进展

综述了SiBCN陶瓷前驱体制备过程中在硅氮烷上引入硼元素的3种方法(采用环硼氮烷引入硼元素、采用硼氢化反应引入硼元素、采用BCl3引入硼元素);介绍了SiBCN陶瓷前驱体在制备介孔骨架、涂覆碳纳米管、制备无定形涂层上的应用;以及先驱体转化的SiBCN陶瓷的结晶化过程及陶瓷结构分析(无定形SiBCN陶瓷的结晶化过程,不同SiBCN陶瓷前驱体生成的陶瓷结构的对比)。

陶瓷先驱体——含钛聚碳硅烷凝胶渗透色谱校准方程研究

采用以气相渗透法测定了数均分子量的宽分布含钛聚碳硅烷作标样，通过计算机辅助建立了具有较低分子量和较高支化度的陶瓷先驱体聚合物——含钛聚碳硅烷的凝胶渗透色谱校准方程ｌｎＭ＝２０．９－０．８４３Ｔ。将这一方程应用于实际样品分析时，测定的数均分子量值与气相渗透法测定结果基本一致，偏差绝对值小于８．０％。钛的引入使其与聚碳硅烷本体的校准方程相差很大。

陶瓷先驱体聚硅烷的合成及应用

聚硅烷是一类链骨架中仅含硅原子的高聚物,作为陶瓷前驱体,经高温裂解制备碳化硅陶瓷材料是其用途之一。本文对陶瓷先驱体聚硅烷的合成和应用的近期发展做了简要概述。

用作陶瓷先驱体的可溶性聚硅烷的合成与表征

以甲基氢二氯硅烷、二甲基二氯硅烷为原料 ,利用均聚和共聚的方法 ,合成了几种不同组成的可溶性聚硅烷 ,研究了反应条件对可溶性聚硅烷产率的影响 ,并用IR、XRD对产物进行了表征。结果表明 :甲基氢二氯硅烷在反应体系中的比例越高 ,可溶聚硅烷的产率越高 ,增加反应时间和降低反应温度可提高可溶聚硅烷的产率。

陶瓷先驱体催化裂解研究进展

有机聚合物衍生陶瓷技术具有聚合物分子可设计性强、成型容易和制备温度低等优点,已经成为陶瓷及其复合材料的主要制备技术之一。裂解是陶瓷先驱体实现从有机到无机转化的关键步骤,对目标陶瓷的组成、结构和性能有着决定性的影响。在陶瓷先驱体中添加过渡金属进行催化裂解,可以改变其裂解行为,进而调控和拓展裂解产物的结构和性能。本文从不同过渡金属对陶瓷先驱体的催化裂解作用入手,总结了陶瓷先驱体催化裂解的研究现状,探讨了催化机理,并就后续深化研究与应用提出了发展建议。

宁波材料所高品质碳化硅陶瓷先驱体研制获进展

碳化硅（SiC）陶瓷具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、耐辐照、抗氧化、热膨胀率小和热导率高等优异的综合性能，在航空航天、核电、高速机车、武器装备等关键领域具有重要的应用价值。然而，SiC陶瓷因其极高的热稳定性和强度，成型加工困难。

宁波材料所在高品质碳化硅陶瓷先驱体研制方面取得进展

所谓先驱体转化陶瓷是首先通过化学合成方法制得可经高温热解转化为陶瓷材料的聚合物,经成型后,再通过高温转化获得陶瓷材料。其具有诸多优点,包括:(1)分子的可设计性:可通过分子设计对先驱体化学组成与结构进行设计和优化,进而实现对陶瓷组成、结构与性能的调控.

高硼含量的SiC陶瓷先驱体的合成和表征

采用经典硼氢化反应,通过硼烷二级硫醚(BH3·SMe2)与二甲基二乙烯基硅烷(DVS)反应,合成了聚硼碳硅烷(PBCS)陶瓷先驱体,PBCS在氮气中经高温裂解得到了高硼含量的SiC陶瓷.利用红外光谱、核磁共振波谱和热重分析对聚合物的结构和性能进行了表征;利用元素分析、X射线衍射和扫描电子显微镜对聚合物的裂解产物进行了分析.结果表明,聚合物的结构中含有B—C,Si—C和C—H键,在1000℃氮气气氛中,其陶瓷产率在50%以上.陶瓷产物在1100℃以无定形态存在,硼含量高达6.46%,在1300℃时出现明显结晶,形成B2O3,C和β-SiC三相组成的多元复相陶瓷,在1500℃以下陶瓷产物表面光滑,结构致密.

先驱体转化SiBCN陶瓷的制备、性能与应用

先驱体转化法是制备高性能陶瓷材料的重要方法,尤其在连续纤维及其复合材料(FRCMC)的制备、元素组成与微结构调控等方面具有显著优势。先驱体转化SiBCN陶瓷具有多元素含量可调、化学键合结构可控的特点,构建了不同结构特征和特殊性能的陶瓷材料。近几年,先驱体转化SiBCN陶瓷发展呈现出新的特点,结构功能一体化设计与制备技术受到了国内外的广泛关注。本文主要梳理了2016年至今先驱体转化SiBCN陶瓷的国内外研究进展,首先简要介绍先驱体转化SiBCN陶瓷的主要特点,然后以先驱体转化陶瓷产物的典型特点为分类依据,分别从SiBCN陶瓷先驱体及其陶瓷产物、连续SiBCN陶瓷纤维、SiBCN基复合材料和功能化SiBCN陶瓷4个方面综述了主要研究进展,提出了未来发展趋势和重点任务,期望为SiBCN陶瓷研制与应用研究提供参考,促进我国先进陶瓷材料的发展进步。

ZrO_(2)增强聚合物先驱体SiCNO复合陶瓷的制备和力学性能

聚合物先驱体陶瓷(polymer-derived ceramics,PDCs)技术具有制造简单、成分可调等优点,为制备新型陶瓷提供了有效途径。然而,由于热解过程中微小分子的逃逸形成孔洞缺陷,先驱体技术制备的无定形聚合物衍生SiCNO陶瓷(PDCs-SiCNO陶瓷)的力学性能较差。为解决上述问题,通过向陶瓷基体添加第二相(颗粒强化)来实现增强先驱体陶瓷。对聚乙烯基硅氮烷(PVSZ)和ZrO_(2)进行先球磨后热解,制备ZrO_(2)颗粒增强PDCs-SiCNO复合陶瓷(PDCs-SiCNOZrO_(2)),研究PDCs-SiCNO-ZrO_(2)复合陶瓷的结构和力学性能。结果表明:引入的ZrO_(2)填料作为增强体嵌入SiCNO陶瓷基体中,不仅能有效降低线收缩率,还能大幅提高PDCs-SiCNO-ZrO_(2)复合陶瓷的力学性能。添加10%(质量分数)ZrO_(2)的PDCs-SiCNO-ZrO_(2)复合陶瓷的弯曲强度和压缩强度分别为197.03 MPa和375.2 MPa,比PDCs-SiCNO陶瓷高出64%和267%,其硬度值最高可达20.92 GPa,断裂韧度达到2.76 MPa·m^(1/2)。适当含量ZrO_(2)的加入有助于提升PDCsSiCNO陶瓷基体的致密化程度,从而提升了PDCs-SiCNO-ZrO_(2)复合陶瓷的力学性能。

PCS/VHPCS复相碳化硅先驱体的制备及性质研究

固态聚碳硅烷和全氢聚碳硅烷是目前研究较多的聚合物碳化硅陶瓷先驱体,在碳化硅陶瓷及其复合材料的制备方面具有广泛应用。制备了由不同比例固态聚碳硅烷(PCS)和乙烯基全氢聚碳硅烷(VHPCS)组成的复相碳化硅陶瓷先驱体,并对先驱体及其裂解产物的理化性质以及结构等进行了研究。研究表明,当PCS引入量低于30 wt.%时,PCS/VHPCS复相先驱体黏度低于200mPa·s;当PCS引入量低于20wt.%时,陶瓷产率可达到80%以上。PCS/VHPCS复相先驱体陶瓷产物为半结晶状β-SiC,晶粒尺寸较小,无明显晶界出现,且元素分布均匀,碳硅比低于PCS衍生陶瓷。