掺杂BN-OH纳米片的P/PEG@BN-OH同轴纳米纤维的制备及其热性能

为制备高效稳定的相变储热材料,采用同轴静电纺丝技术制备了以聚丙烯腈(PAN)为鞘、聚乙二醇(PEG)与羟基化氮化硼纳米片(BN-OH)为芯的同轴纳米纤维(P/PEG@x BN-OH),并分别通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示扫描量热仪、红外热成像仪等手段分析了掺杂不同质量BN-OH纳米片对纤维形貌、热性能、循环稳定性、热能效率及热导率的影响。结果表明:纤维形成了稳定且连续的鞘-芯同轴结构,平均直径介于279~335 nm,而且PEG和BN-OH被包裹在PAN纤维内部,内径大小范围为107~188 nm;P/PEG@x BN-OH纳米纤维显示了优异的相变储热焓值(75~78 J/g)和热稳定性,经100次热循环后PEG无相变渗漏现象;掺杂质量分数为10.0%的BN-OH纳米片可将纤维的热导率提高95%,而且其相变储热和释放率分别提高了67%和154%。

不同氧化温度下涂覆BN涂层SiC纤维的微观结构及性能研究

通过化学气相渗透(CVI)工艺在典型国产SiC纤维表面沉积BN涂层,并在800~1200℃的氧化环境下处理1 h。对涂覆BN涂层的SiC纤维氧化后的形貌、结构以及成分进行表征,通过单丝拉伸强度评价涂覆BN涂层的SiC纤维氧化后的性能变化。结果表明,氧化温度低于1000℃时,BN涂层及其氧化物层能够有效阻止O_(2)对内部SiC纤维的侵蚀,高于此温度时,SiC纤维被氧化。随着氧化温度的升高,涂覆BN涂层的SiC纤维表面氧化物经历α-B_(2)O_(3)→SiC x O y→非晶SiO_(2)的历程。涂覆BN涂层的SiC纤维单丝拉伸强度随着温度的升高呈衰减趋势,且BN涂层直接暴露在氧化环境下反而降低SiC纤维的抗氧化能力。纤维断裂的失效源先由BN涂层缺陷过渡为B_(2)O_(3)氧化层缺陷最终演变为SiO_(2)氧化层气孔缺陷。

BN和BN/SiC涂层对SiC纤维单丝拉伸性能的影响及其失效行为

采用化学气相渗透(CVI)工艺在两种国产典型SiC纤维表面沉积了BN和BN/SiC涂层,并对涂层的成分进行分析。利用Weibull分布评价SiC纤维的单丝拉伸强度,研究了沉积涂层前后纤维的拉伸断裂失效行为。结果表明,合适厚度(15 nm)的富碳层能够弥合SiC纤维表面的缺陷,减少纤维从表面开始失效的可能。采用CVI工艺制备的涂层厚度均匀,成分稳定;沉积BN和BN/SiC涂层后,两种SiC纤维的拉伸强度和弹性模量下降。BN涂层亦可修复纤维的表面缺陷,使纤维强度分布趋于集中。与无涂层纤维不同的是,沉积涂层后纤维拉伸断裂失效源分别为BN和SiC涂层的表面缺陷。

BN纤维晶体形态及显微结构的研究

纤维的结构是由无定形区域和纳米尺寸的晶粒沿轴向排列宽区域组成的无定形的晶体结构会造成纤维的低模量;相反,较大的晶粒,以六方结构的形式沿纤维的轴向排列会使纤维具有高模量。当结晶度提高时,外力破坏引起的纤维断裂缺陷很容易扩张,导致纤维断裂。由于纤维多孔和存在的缺陷使强度与微观结构的关系变的模糊不清。本文利用X-衍射和显微镜技术,对不同试验得到的力学性能各异BN纤维进行定性和定量测试,得到的结论是纤维的弹性模量是由晶体的取向决定的。

Si_3N_4/BN_(f)复合材料的相界面

本文借助高分辨电子显微镜研究了Si3N4／BN（f）复合材料的相界面,研究发现，BN纤维的两端与基体结合牢固，界面不易解离，材料断裂过程中纤维很难拔出．材料的韧性主要通过BN纤维自身（001）面上的滑移、撕裂和弯曲以及BN纤维的侧表面与Si3N4颗粒的界面上的解离等途径得以提高．

BN纤维织物增强陶瓷透波材料的制备及其力学性能初探

以全氢聚硅氮烷(PHPS)为先驱体,采用聚合物浸渍裂解工艺制备BN纤维织物增强陶瓷透波材料,研究了复合材料的致密化工艺和力学性能。结果表明:先驱体PHPS在1637℃裂解产物主晶相为α-Si3N4。以PIP工艺制备BNf/Si3N4复合材料,经过4个浸渍裂解周期密度达到1·5g/cm3,复合材料的室温弯曲强度达到39·6MPa。裂解过程中,PHPS与BN纤维发生了强界面反应,导致复合材料力学性能不高。

BN纤维补强Sialon陶瓷的物理性能

对无规则取向BN短纤维补强热压Sialon陶瓷复合材料系统,在不同BN纤维体积含量和不同烧结工艺温度条件下,材料所表现出来的主要物理机械性能变化行为进行了分析讨论。

BN/SiC复合涂层改性炭纤维的吸波性能研究

以尿素、硼酸为原料,采用浸涂工艺先在炭纤维表面制备BN涂层,再以三氯甲基硅烷为前驱体,采用化学气相沉积工艺在纤维表面沉积SiC涂层,制得了BN/SiC复合涂层改性炭纤维。对BN/SiC复合涂层改性炭纤维的微观结构、抗氧化性能、介电性能及吸波性能进行了研究。结果表明:炭纤维表面BN涂层的厚度约为0.1μm,SiC涂层的厚度约为0.7μm。炭纤维经表面BN/SiC复合涂层改性后,抗氧化性能明显提高,开始明显氧化失重温度从560℃提高到790℃,最终氧化温度从780℃提高到1200℃以上;且介电性能得到有效改善,吸波性能显著提高。相比于未改性炭纤维,厚度为2 mm的BN/SiC复合涂层改性炭纤维的最小反射率减小到–13.3 dB,小于–10 dB的带宽增加至2.5 GHz。

氮化硼(BN)纤维微结构与力学性能的关系

本文用电子显微术研究了BN纤维的微观结构 ,讨论了微结构对其力学性能的影响 ,提出了BN纤维制造工艺的改进方向。

BN纤维微观结构和力学性能的透射电镜研究

用透射电子显微镜技术,研究了BN纤维的微观结构,阐明了BN纤维在生成转化过程中存在的晶体结构状态。研究表明,以涡轮层状相为主晶相,含氮量高,晶粒尺寸小的BN纤维具有良好的力学性能。在BN纤维的制备过程中,轴向加适当张力,可促使BN纤维表层晶粒的定向排列,为提高材料的力学性能,提出了制造工艺的改进方向。

SiC短纤维增强SiC-BN复合陶瓷

采用原位合成的方法设计并制备了SiC短纤维增强的SiC-BN复合陶瓷。经理论计算及实验证盼,在相对较低的温度(1700℃)下即可成功实现预期的原位反应,生成了细小均匀的微米级SiC和BN颗粒,并研究了纤维和BN含量对复合陶瓷组织结构和力学性能的影响。

BN/Al_2O_3/碳纤维填充MVQ导热复合材料的制备

以甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)为基体,片层氮化硼(BN)、球形Al_2O_3、碳纤维为填料,通过共混的方法制备了导热硅橡胶复合材料。利用热重分析仪(TGA),扫描电子显微镜(SEM),电子拉力试验机以及导热系数仪对复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明:复合材料的热导率、热稳定性、力学性能、交联密度随着填料量的增加而增加。填料量达50vol.%时,尤以片层BN对热导率增加的效果突出,热导率从0.168增至1.8W/(m·K);碳纤维对复合材料的力学性能贡献最大,拉伸强度从0.48增加到2.98MPa;片层BN在橡胶基体中以面-面接触的方式均匀分散,更易于形成有效的导热网链。

碳纤维表面BN涂层的制备和表征

采用溶液浸涂法,添加聚乙烯醇作为中间转换物,在碳纤维表面制备了氮化硼涂层。采用SEM、FT-IR、XPS、TGA等测试技术对涂层的成分、结构、形貌进行了表征。实验结果表明,纤维表面没有开裂剥落,涂层与碳纤维结合良好,涂层碳纤维热稳定性良好,B和N的原子分数分别为15.69%和16.97%,hBN涂层的纯度较高。

碳纤维表面h-BN耐高温涂层的制备及表征

目的在碳纤维表面制备六方氮化硼涂层,以提高纤维的抗氧化、耐高温性能,拓宽其在高温领域的应用。方法以硼酸、尿素、氨气和氮气作为原始材料,先通过浸渍法在碳纤维表面涂覆硼酸和尿素的混合溶液,然后将其放置在氨气和氮气氛围中进行高温热解。采用电子显微镜分析涂层的形貌,观察涂层与碳纤维的结合是否良好;采用傅里叶红外光谱、X射线电子能谱及X射线衍射等测试技术对涂层的成分和结构进行表征。结果碳纤维表面的涂层连续,形貌良好。红外光谱中,在1399,799 cm-1处存在B—N键和B—N—B键的特征峰。X射线衍射图谱中,在43.64°和53.93°存在六方氮化硼(001)晶面和(004)晶面的特征峰。X射线电子能谱分析表明,涂层中存在O,B,C和N四种元素,且B与N的原子比接近1∶1。结论实验中成功制备了h-BN涂层碳纤维,且涂层和碳纤维结合较好。涂层中的h-BN结晶度良好,纯度较高,但少量氧化物的存在会对h-BN涂层碳纤维耐高温性的提升有所影响,如何进一步提高h-BN涂层的纯度有待研究。

KD-S型SiC纤维表面BN界面层Raman光谱研究

由于SiC纤维具有高强度、高模量、强抗化学腐蚀性等优越性能,因此广泛用于陶瓷基复合材料的增强当中。但在高温下制备复合材料,容易使纤维与基体之间形成牢固的附着力,导致复合材料力学性能差,因此需要界面层使纤维与基体间的结合足够弱。BN具有良好的耐热性、抗氧化性和微裂纹自愈合能力,可用于解决SiC纤维增强SiC基复合材料的界面问题。CVD法是常用的制备BN界面层的工艺方法。本文以BCl3-NH_3为原料,在较低温度下通过CVD工艺制备了BN界面层。

BN纤维补强Sialon陶瓷材料的研究

采用高速搅拌、超声分散的湿法分散混合工艺制备出无规则取向BN短纤维复合热压Sialon陶瓷复合材料。对不同BN纤维含量和不同烧结温度条件下,复合材料的强度变化和抗震行为进行了探讨研究,采用TEM、SEM和XRD技术对材料的微观结构,晶相组成及纤维的晶粒长大现象进行了观察分析。

界面对SiC_(f)/BN/SiC复合材料纤维顶出过程影响的有限元模拟

采用双线性traction-separation模型描述氮化硼(BN)界面层分离特性,根据文献提供的试验过程,基于内聚力单元建立了SiC_(f)/BN/SiC复合材料单纤维顶出的轴对称有限元分析模型,对不同界面层临界断裂能、极限强度和厚度情况下的纤维顶出过程进行了模拟。结果表明,模拟得到的纤维最大顶出载荷与试验数据相差1.74%,表明该模型的有效性;纤维最大顶出载荷随临界断裂能、界面层厚度的增大而增大,而极限强度对其影响不大;顶出过程的载荷位移曲线是否会出现平直段,取决于界面层断裂形变的大小。

CVD BN界面层对Si_(3)N_(4)/SiBN复合材料弯曲性能的影响

连续Si_(3)N_(4)纤维以其优异的热稳定性、高温力学性能和介电性能,被认为是耐高温陶瓷基透波复合材料的候选材料之一。采用连续Si_(3)N_(4)纤维为增强体,以BCl_(3)+NH_(3)+H_(2)+Ar反应体系,利用化学气相沉积工艺在Si_(3)N_(4)纤维表面制备了BN界面层,并以聚硅硼氮烷为陶瓷先驱体,通过先驱体浸渍裂解工艺制备了Si_(3)N_(4)/SiBN复合材料。研究了CVD BN界面层的合成及其对Si_(3)N_(4)/SiBN复合材料弯曲性能的影响。结果表明:在Si_(3)N_(4)纤维表面获得了均匀致密的BN界面层,该界面层有效改善了复合材料中纤维/基体的界面结合力,复合材料显示出典型的韧性断裂特征。当界面层的厚度为200 nm时,Si_(3)N_(4)/SiBN的弯曲强度和断裂韧性分别为182.3 MPa和17.3 MPa·m^(1/2),比无涂层的复合材料分别提高了59.6%和94.4%。

碳纤维环氧树脂复合预浸料层合板的应用研究

采用层间涂层法+模压工艺制备了航空零部件用预浸料层合板,研究了BN含量对预浸料层合板物相组成、显微组织、导热和力学性能的影响。结果表明,预浸料层间涂层有良好结晶性,C、O、N和B元素都在层间树脂中均匀分布,未见明显偏聚现象。添加BN的预浸料层合板的导热系数都高于未添加BN的预浸料层合板,且温度越高,相同BN含量下预浸料层合板的导热系数越大。添加BN的预浸料层合板的固化反应起始温度、峰值温度和结束温度都高于未添加BN的预浸料层合板,且添加7%BN时预浸料层合板的峰值温度和结束温度最高。随着BN含量增加,预浸料层合板的弯曲强度和冲击强度先增加后减小,在BN质量分数为7%时取得最大值。