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。

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。

聚合物先驱体转化陶瓷法制备碳化硅陶瓷涂层的研究进展

简述了聚合物先驱体转化陶瓷(PDC)法在制备碳化硅(SiC)复相陶瓷涂层方面的功用,介绍了PDC法在制备陶瓷涂层过程中的2种反应机理,指出了PDC法的优缺点,提出了其未来的发展方向。

单源聚合物先驱体法制备SiC-TiC复相陶瓷

以四氯化钛(TiCl_(4))与烯丙基聚碳硅烷(AHPCS)为原料,通过化学改性成功制备聚钛碳硅烷单源先驱体,通过高温裂解先驱体进而制得SiC-TiC复相陶瓷.通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、热重分析及扫描电子显微镜研究反应合成的聚钛碳硅烷先驱体的交联、陶瓷化转变过程、微观结构演变和结晶行为.研究结果证实TiCl_(4)和AHPCS发生缩合反应,制得了Ti掺杂的聚合物先驱体,TiCl_(4)的加入还能够促进AHPCS的热交联,进而提高最终的陶瓷产率.制备的SiC-TiC复相陶瓷的相组成和微观结构可通过对先驱体的成分和结构设计进行调节,该方法操作简便易行,结果可靠性高,具有一定的普遍适用性.

六边形战士–聚合物先驱体陶瓷

聚合物先驱体陶瓷(PDCs)是通过高温热解(>1000℃)聚合物先驱体得到的一种新型陶瓷材料,它的出现实现了从聚合物到陶瓷的飞跃,是陶瓷材料发展史的一次重要革新。聚合物先驱体陶瓷一般由无定型基体相和自由碳相组成,根据组成不同可分为二元(SiC、BN...)、三元(SiCN、SiOC...)、四元(SiAlCN、SiBCN...)以及五元(SiZrOCN、SiAlBCN...)等多种体系。聚合物先驱体陶瓷具有极强的可设计性,其成分、结构和性能可以通过化学合成过程中在分子/原子尺度进行设计;聚合先驱体陶瓷具有良好的可加工性,适用于3D打印、光刻、流延、浸渍、拉丝等多种工艺技术,尤其在陶瓷纤维和陶瓷基复合材料制备方面特色突出;聚合物先驱体陶瓷具有优异的高温热稳定性、高温抗氧化耐腐蚀特性以及突出的高温多功能性。因此,聚合物先驱体陶瓷在陶瓷基复合材料、高温传感器、能量存储与转化、极端环境涂层、吸波/屏蔽结构功能一体化以及高性能陶瓷纤维等领域得到广泛研究和应用,是全能型“六边形战士”,具有重要的战略地位和社会效益。

聚合物先驱体陶瓷极端环境传感器的研究进展

聚合物先驱体陶瓷是通过液态聚合物先驱体经过高温热解转化成瓷的一类新型陶瓷材料,具有优异的抗腐蚀性/抗氧化性、高温半导体特性、巨大的压阻系数、耐高温性等特性,因此成为高温极端环境使用传感器的理想候选材料。文中总结了近些年国内外关于聚合物先驱体陶瓷传感器的研究现状,围绕传感机理和传感器测量参数,概括总结了关于聚合物先驱体陶瓷温度传感器、压力传感器和应变传感器的研究工作,同时对比了相关陶瓷传感器的性能,对聚合物先驱体陶瓷传感器未来发展做出了展望。

聚合物先驱体转化法制备复相陶瓷:从组成结构设计到催化性能

聚合物先驱体陶瓷具备优异的物理化学性能、成分结构可设计性和易加工性,并能在介观尺度上控制孔洞的形貌尺寸,使其成为锚定和分散活性金属的良好支撑材料。以聚合物先驱体转化法为基础,通过掺杂不同的金属元素,可制备一系列具有独特结构和优异性能的催化剂。本文综述了近20年来聚合物先驱体转化法制备复相陶瓷并用于催化方面所做的研究工作。主要聚焦先驱体的化学成分设计、介孔结构的构建以及催化性能的研究,并对聚合物先驱体陶瓷在催化领域面临的挑战和发展前景进行了分析和展望。

用有机聚合物连接碳化硅陶瓷及陶瓷基复合材料

用陶瓷先驱体有机聚合物连接陶瓷及陶瓷基复合材料是一种成本低廉、工艺新颖、可满足特殊高温条件下连接件要求的新型连接技术。介绍了近年来采用先驱体有机聚合物连接SiC及其复合材料的研究现状,重点对影响连接强度的因素进行分析,并提出相应的改进措施。由于该技术具有连接温度较低、连接过程简单、接头热应力小,连接件的热稳定性高等特点,因此它是陶瓷及其复合材料最有前途的连接方法之一。

聚合物转化超高温陶瓷及其复合材料研究进展

超高温陶瓷是一类可承受超高音速长时间、跨大气层飞行和再入等过程所面临的极端服役环境的新型防热材料。目前,超高温陶瓷趋向于多元化和多相化发展,并通过与纤维等复合形成超高温陶瓷基复合材料。本文总结了聚合物转化超高温陶瓷及其复合材料的研究现状,从聚合物先驱体陶瓷的发展历程、超高温陶瓷简介、聚合物先驱体法制备超高温陶瓷及其复合材料的制备方法、表征手段和材料性能等方面综述了近年来国内外的研究进展,并对其未来的发展趋势进行了展望。

PDC-SiBCN陶瓷基无线无源温度传感器的性能

以耐高温聚合物先驱体陶瓷(PDC-SiBCN)为温敏介质材料,金属铂作为谐振腔材料,并在陶瓷表面开槽形成共面天线,制备出集开槽天线与谐振器一体的无线无源温度传感器,实现温度信息的无线无源传输。结果表明:传感器的谐振频率随测试温度的升高呈单调递减变化,PDC-SiBCN陶瓷的介电常数随温度的升高而单调增加,其中热解温度为1000℃的传感器测试温度达1100℃,具有优异的耐高温性和介温特性。同一测试温度下传感器的谐振频率随直径的增大而减小,也随热解温度的升高而降低。通过对传感器的谐振频率-温度拟合曲线进行一阶偏导得到灵敏度方程,传感器在1100℃的高温下有较高的灵敏度。传感器具有良好的循环稳定性能,在室温下实际无线传输距离达到42 mm,当测试温度为1100℃时传输距离可达8 mm,可应用于高温恶劣环境下航空发动机的温度监控。

石墨烯改性PDC-SiCNO陶瓷的制备及其介电性能

以聚乙烯基硅氮烷(PVSZ)为原料,氧化石墨烯(GO)为碳源,无水乙醇(ETOH)为分散剂,制备石墨烯球增强SiCNO陶瓷(SiCNO-GO)。利用拉曼光谱(Raman)、电子自旋共振(EPR)和扫描电子显微镜(SEM)等表征手段,研究SiCNO-GO陶瓷结构对其介电性能的影响。结果表明:SiCNO-GO陶瓷的微球密度和粒径的大小与GO的含量有关;随着SiCNO-GO陶瓷中GO含量的增加,SiCNO-GO陶瓷的介电常数和介电损耗也随之增大,在GO含量为0.1%(质量分数)时达到最大值,而当GO质量分数为0.3%时,SiCNO-GO陶瓷的介电常数和介电损耗降低。

有线无源PDC-SiCN陶瓷基温度传感器的设计与制备

针对航空发动机高温恶劣环境监测对耐高温传感器的需求,提出采用新型耐高温聚合物先驱体陶瓷(PDC-SiCN陶瓷)为温敏介质材料,制备被动式有线无源微波温度传感器,实现温度信息的有线无源传输。以PDC-SiCN陶瓷为填充介质,金属银作为表面层,形成谐振器;以共面波导线和共面天线为传输线,实现微波信号的传输;在谐振器的侧面开槽,实现宽频激励信号和谐振信号在传输线和谐振器之间的传输。采用HFSS软件进行结构尺寸的仿真和优化,设计出了满足最大传输效率的被动式有线无源PDC-SiCN耐高温温度传感器结构。通过以上结构设计,制备出了有线无源温度传感器。结果表明,所设计传感器的工作频率为10.16GHz,依据材料的变化特性该传感器可实现频率在500 MHz变化范围内的测量。

PDC-SiCN陶瓷基无线无源温度传感器的制备

为了解决航空发动机的温度检测问题,提出了一种以聚合物先驱体陶瓷SiCN(PDC-SiCN)为传感器介质材料的无线无源温度传感器,并搭建了无线无源温度传感器的测试系统。PDC-SiCN陶瓷基无线无源温度传感器是以聚合物先驱体陶瓷SiCN(PDC-SiCN)作为传感器介质材料,以金属铂作为谐振腔材料。分析了PDCSiCN陶瓷基无线无源温度传感器的谐振频率与测试温度之间的关系,传感器的测试温度达到了610℃。研究发现,PDC-SiCN陶瓷基无线无源温度传感器的谐振频率随测试温度升高呈单调递减变化,通过对传感器的谐振频率与温度的关系进行多项式拟合,610℃时传感器的灵敏度为0.4705 MHz/℃。PDC-SiCN陶瓷基无线无源传感器在高温恶劣环境具有广阔的应用前景。

全氢聚硅氮烷的合成与表征

采用二氢二氯硅烷氨解法合成了氮化硅陶瓷先驱体全氢聚硅氮烷,并用红外光谱、凝胶渗透色谱、热重、X射线衍射和元素分析等进行了表征。所合成的先驱体低聚物的分子骨架为[SiH2NH]n,数均分子量为106,重均分子量为178。固化后的先驱体在氮气下1000℃裂解转变为棕色粉末,陶瓷产率78wt%。将陶瓷产物在氮气下1400℃处理后,其主要成分为α-Si3N4,并含有少量富余硅,化学经验式为SiN1.036O0.060C0.028。陶瓷产物在氮气下1600℃处理后的X射线衍射谱图表明,游离硅已基本消失,α-Si3N4衍射峰加强,但是没有观察到从α-Si3N4到β-Si3N4的相转变。