陶瓷转化工艺在空调镀锌钢板涂装中的应用

介绍一种新型陶瓷转化工艺在空调镀锌钢板的粉末喷涂中的应用。通过转化膜的晶相、附着力及盐雾试验表征,对预转化板的现有工艺进行控制。盐雾试验结果表明,预转化镀锌钢板经过弱碱性脱脂剂清洗,经陶瓷转化后与粉末涂料结合,可以得到良好耐蚀性和附着力强的膜层。

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。

聚合物转化SiHfCN陶瓷的制备及其吸波性能

聚合物转化SiCN陶瓷得益于质量轻和热膨胀系数低等优势,在电磁波吸收领域受到广泛关注。由于电磁损耗机制单一及耐温性不足,SiCN陶瓷的吸波性能有待进一步提高,借助多组元协同作用增强吸波性能是可行的途径之一。本工作对聚氮硅烷结合不同化合物进行单源化改性得到SiHfCN、SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N等四种纳米陶瓷。结果表明:SiHfCN中由于Hf源的含氧量高达13.5%(质量分数),生成HfO_(2)和SiO_(2),使其最低反射损耗(Reflection loss,RL_(min))仅为–13.8 dB,有效吸收带宽(Effective absorption bandwidth,EAB)仅为0.42 GHz。相比于SiHfCN,含Hf聚合物分别与C源、B源和N源共改性增加了聚合物转化陶瓷的界面和导电相,SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N的介电常数实部和虚部分别提高了1.4~1.8和2.7~3.9倍,RL_(min)分别为-50.6、-57.3和-63.5 dB,EAB分别为3.53、3.99和4.01 GHz,吸波性能得到了显著改善。SiHfCN-C中大量的自由碳抑制了HfO_(2)的生成,增强了电导损耗。SiHfCN-B中生成了B–N和B–C键,且析出的纳米棒状HfSiO_(4)提供了更多的异质界面,增强了极化损耗。SiHfCN-N中因引入大量N使N–C键数量增加,强化了偶极子极化损耗,同时生成纳米碳片,不仅可以增强电导损耗,而且提供大量界面,改善了阻抗匹配并增强了界面极化,因而SiHfCN-N具有最佳的吸波性能。

硅硼碳氮陶瓷前驱体聚硼硅氮烷的合成与表征

以三氯化硼(BCl3)、三氯硅烷(HSiCl3)和六甲基二硅氮烷(Me6Si2NH)为原料,通过聚合物前驱体转化陶瓷(polymer-derived ceramics,PDCs)法成功合成了硅硼碳氮(SiBNC)陶瓷前驱体--聚硼硅氮烷(PBSZ)。采用傅里叶变换红外光谱、核磁共振、X射线光电子能谱、热重分析和差示扫描量热对PBSZ的结构和热性能进行分析。结果表明,PBSZ结构中存在硅氮硼(Si—N—B)网络和六元硼氮(B—N)环。在氮气中,800℃时PBSZ的陶瓷产率为53.9%。

溶胶-凝胶法合成SiZrNOC陶瓷前驱体的微观结构和相演化

陶瓷材料作为一种高强度、高硬度、耐磨性、耐高温的材料,在航空航天领域拥有着广阔的前景。通过溶胶凝胶法以硅酸四乙酯作为硅源,二苯基甲烷二异氰酸酯作为氮源,正丙醇锆作为锆源合成了SiZrNOC预陶瓷聚合物。通过失重率测试结果显示,当Zr/N比为3∶1时,陶瓷产率最高,达到53%。使用扫描电子显微镜对陶瓷微观结构进行分析,结果表明,随着热解温度的升高,材料的内部结构变得规整,致密化程度显著增强。设计的陶瓷材料将有能力改善或扩展其在未来航空航天相关领域的应用。为开发高温下具有热稳定性和抗氧化性的材料提供了一个新的选择。

电感耦合等离子体质谱法测定车用陶瓷催化转化器中贵金属元素含量

车用陶瓷催化转化器样品经氢氟酸和硝酸-盐酸（3＋4）溶液消解后，再用氢氧化钠与未溶的氧化铝反应生成偏铝酸盐，然后再加入硝酸-盐酸（1＋3）溶液溶解，采用电感耦合等离子体质谱法测定所得样品溶液中铂、钯和铑等3种贵金属元素的含量。选择适当的待测元素的同位素及校正方程克服了质谱干扰，采用稀释法有效地校正了非质谱干扰。结果表明：方法的检出限（3s）在0．01-0．14μg·L-1叫之间。方法用于车用陶瓷催化转化器样品中3种贵金属元素的测1定，回收率在93．2％～98．0％之间，测定值的相对标准偏差（n=6）在0．63％～1．5％之间。

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。

高陶瓷转化率聚碳硅烷的固化行为研究

采用非等温DSC法、红外和旋转流变仪研究了具有高陶瓷转化率的聚碳硅烷(PCAS)的固化行为。通过Kissinger,Ozawa和Crane方程计算得到PCAS的固化动力学参数:表观活化能E=122.5 kJ/mol,固化反应级数n=0.95,指前因子A=9.74×108。PCAS树脂在固化过程中发生Diels-Alder反应和硅氢化反应,可在220℃快速固化,粘度从7.12×103Pa·s变化至1.52×107Pa·s。

活性填料在先驱体转化陶瓷喷管中的应用

以聚碳硅烷为先驱体 ,Al为活性填料 ,研究了活性填料 Al对 Si C陶瓷喷管的成型工艺、力学性能、抗氧炔焰烧蚀率、抗氧化和抗热震性能的影响。研究表明 ,喷管在裂解前后的体积基本不变。当喷管素坯中含有活性填料 Al时 ,材料的室温三点弯曲强度比不含活性填料材料的强度约提高 5 0 % ;抗氧炔焰烧蚀性能明显改善 ,抗氧炔焰烧蚀率为 0 .0 2 % ,比不含活性填料的喷管的抗氧炔焰烧蚀率降低了 3.0 7% ;

聚合物转化陶瓷3D打印技术研究进展

聚合物转化陶瓷具有抗氧化、耐腐蚀、耐高温等优异性能,这使其在发现以来的短短50年时间里得到迅速发展,在航空航天、机械、能源、信息和微电子等领域表现出重要的应用价值。近年来,随着3D打印(增材制造)技术的兴起,3D打印制备聚合物转化陶瓷的研究逐渐开展,突破了聚合物转化陶瓷异形部件制备的技术瓶颈,为聚合物转化陶瓷关键零部件的生产与应用开辟了新途径。本文针对3D打印技术在聚合物转化陶瓷制备领域中的应用,重点阐述了利用立体光固化技术与墨水直写技术制备聚合物转化陶瓷的研究现状与进展,并对今后聚合物转化陶瓷3D打印技术的发展进行了展望。

填料增强先驱体转化法制备陶瓷涂层的研究进展

先驱体转化陶瓷法是一种原位制备陶瓷涂层的新型方法。在先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层时,选择陶瓷产率较高的先驱体和添加填料是降低陶瓷涂层气孔率和收缩率的重要途径。填料在先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层中起着重要作用,通过添加填料,可进一步提高陶瓷涂层的性能并扩展其功能特性。填料主要包括惰性填料、活性填料、熔融型填料和牺牲型填料4种。对比了4种填料的类型和特点,介绍了填料增强陶瓷涂层的作用机制和选取原则,综述了填料增强先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层的研究现状。在裂解过程中,惰性填料的质量和体积均保持不变,可加入较高体积分数的惰性填料制备厚涂层;活性填料可与先驱体、裂解产生的小分子气体、保护气氛等反应,实现陶瓷涂层的近净成形;熔融型填料熔融后,填充到涂层空隙中,可提高涂层的致密化程度,消除基体和陶瓷涂层以及填料和先驱体之间由于热膨胀系数不匹配产生的应力;牺牲型填料分解后,形成孔状涂层,可控制陶瓷涂层中的应力,降低陶瓷涂层的有效弹性模量,增强陶瓷涂层的应变强度。针对陶瓷涂层的服役工况,选择合适的填料类型,确定填料的临界体积分数,揭示填料对陶瓷涂层组成、晶界结构、涂层致密化、裂纹缺陷及裂解反应过程的影响规律,研发新型裂解技术和工艺以控制先驱体转化为陶瓷涂层过程中产生的应力,是后续研究中需要重点关注的问题。

先驱体转化陶瓷涂层的裂解方法研究进展

随着金属零部件服役工况条件的日益苛刻,针对金属零部件不同的服役条件和失效特点,选择不同的陶瓷材料体系,采用适当工艺技术在金属零部件表面制备高性能的陶瓷涂层防护涂层并赋予其特殊功能,已成为解决金属零部件在苛刻工况下可靠服役的有效途径。先驱体转化陶瓷法作为一种原位制备陶瓷涂层的新型方法,利用先驱体聚合物良好的流动性、成型性、分子结构可设计性等特点,将先驱体涂层通过裂解转化为陶瓷涂层,在材料表面形成致密的防护涂层。裂解是先驱体从有机物转化为陶瓷涂层的重要途径,传统加热炉裂解利用程序化升温可在金属、多孔材料、纤维或纤维增强复合材料表面实现陶瓷涂层的连续化、批量化制备,设备简单,易于控制,但加热炉裂解对基体的热影响大,无法在熔点较低或结构复杂的基体上制备陶瓷涂层。激光裂解可选择性地控制热量的输入,裂解迅速、加热均匀,对基体热影响小,可制备出具有特殊成分的陶瓷涂层,但先驱体要能够吸收激光,激光裂解效率较低。离子辐照是无热裂解方式,裂解迅速,但效率低、成本较高。本文总结了先驱体转化陶瓷涂层裂解方法的研究进展,分析了加热炉裂解、激光裂解和离子辐照裂解的优缺点。未来将探索新的可控制备陶瓷涂层的方法与技术,揭示先驱体转化陶瓷微观结构的演变规律,实现陶瓷涂层致密化和裂纹缺陷的精确控制是今后需要重点发展的方向。

微波消解法测定车用陶瓷催化转化器中贵金属元素的含量

采用微波消解的方法,考察了HF用量对车用陶瓷催化转化器中贵金属元素测定结果的影响。结果表明:样品为0.5 g,HF用量为1 m L时,测定结果最大,该方法回收率高,再现性好,精密度令人满意。

聚氨酯泡沫转化法制备多孔生物活性陶瓷

采用溶胶-凝胶法制备了生物陶瓷基体粉料,添加自制助熔剂、聚乙烯醇(PVA)、羧乙基纤维素、正丁醇等制成水基浆料。将经水解和表面改性预处理后的聚氨酯泡沫浸渍于浆料中,排除多余浆料后进行干燥和高温烧成处理,获得生物活性陶瓷。实验研究了PVA含量、自制助熔剂含量及烧成温度等因素对试样孔隙率及抗折强度的影响﹔并通过扫描电子显微镜(SEM)分析试样的孔隙结构﹔通过配置模拟体液(SBF)进行试样的生物活性测试,采用X射线衍射(XRD)分析样品矿化前后物相的变化。实验结果表明,添加30wt%助熔剂、0.76 wt.%PVA的样品在烧成温度为1000℃时可以制备出综合性能较好的多孔生物活性陶瓷,其孔隙率为81.35%、抗折强度为2.75MPa。

超声波对车用陶瓷催化转化器中贵金属元素溶出效率的影响及机制研究

利用常规加HF微波消解的方法,难以将车用陶瓷催化转化器中的贵金属完全溶解,造成检测结果偏低,且HF具有强腐蚀性,会对实验人员形成潜在危害。针对这些问题,提出超声波替代HF辅助溶解的方法。ICP-MS的测定结果表明:样品(0.5 g)经过超声常温处理30 min,所得样品溶液中贵金属的溶出量大幅提高。该方法不但有效解决了样品难溶的问题,也为建立一种更为便捷、高效、安全的前处理方法提供了新思路。

含锆耐高温陶瓷化先驱体的合成和性能研究

以丁基锂、三氯乙烯、苯乙炔和四氯化锆为原料,合成了一种耐高温的含锆陶瓷化先驱体(简称PZA)。采用FT-IR和GPC对树脂结构进行表征,通过TGA和XRD对聚合物耐热性和陶瓷化转化进行研究。结果表明,PZA树脂具有优良的耐热性能和陶瓷化转化性能,N2气氛下Td10(质量损失10%的温度)达600℃,1 000℃下的质量保留率为61.9%,1 450℃下完全热解为Zr C。

ZrB2陶瓷制备研究进展

航天航空、新兵器、新能源等高科技领域的快速发展对超高温陶瓷材料提出了迫切的需求,ZrB2陶瓷材料是最重要的超高温陶瓷材料之一。本文阐明了ZrB2陶瓷拥有优异性能的原因,综述了ZrB2陶瓷材料的制备研究进展,介绍了固相法、气相法、前体法制备ZrB2陶瓷材料的机理,对比了各种ZrB2陶瓷材料制备方法的优缺点,并指出了有机前体转化法具有可设计性好、不含杂质元素、成型可控、陶瓷转化温度低等优点。本文总结得出有机前体转化法是制备ZrB2超高温陶瓷复合材料较理想的方法,以及基于有机聚合物的ZrB2陶瓷前体是未来重要的发展方向之一。

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.

耐高温陶瓷基结构吸波复合材料研究进展

陶瓷基结构吸波复合材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等诸多优点,是解决武器装备热端隐身问题的关键材料,具有重要应用前景和战略意义。本文介绍了陶瓷吸波材料的微观-宏观多级设计方法,综述了掺杂改性碳化硅陶瓷、钡铁氧体陶瓷、聚合物转化陶瓷(PDCs)、3D打印多孔陶瓷及陶瓷蜂窝、连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFCMC)等新型陶瓷基复合材料的最新研究进展,展望了结构吸波一体化的陶瓷基复合材料的发展趋势,提出微观-宏观多级结构设计的纤维增强陶瓷基复合材料将是未来高温隐身材料领域的重要发展方向。

聚合物转化SiBN系陶瓷组分对其热稳定性及电磁透波性能的影响

对聚硅硼氮烷(PSNB)、三甲胺环硼氮烷(PBN)及混合先驱体陶瓷化过程分别进行了研究,掌握了热处理温度对先驱体转化陶瓷微结构及性能的影响规律。经NH_(3)裂解后,聚合物转化陶瓷(PDC)-SiBN中形成了B-Si-O-N多元网络,具有良好的抗析晶能力,经过不超过1500℃的热处理后,陶瓷抗吸潮能力提升,介电常数在3.0~3.6之间,损耗约0.003。经NH_(3)裂解的PDC-BN中形成了B-N-O结构,随温度升高逐渐分解,转变为BN。将先驱体按照一定比例混合,可以实现对聚合物转化陶瓷元素组分的调控。混合先驱体转化陶瓷中由于异质界面的存在及多元网络减少,陶瓷热稳定性及介电性能均介于单种先驱体转化陶瓷之间,具有一定的性能可设计性。