乙烯基三氯硅烷合成陶瓷前驱体聚硼硅氮烷的研究与表征

聚硼硅氮烷高温裂解可制备性能优异的SiBCN陶瓷.随着SiBCN陶瓷的广泛研究和使用,越来越多的学者研究聚硼硅氮烷的合成和性能.本文以乙烯基三氯硅烷为原料合成出聚硼硅氮烷,并对其结构进行了表征.研究结果表明通过FT-IR分析确定了N-H、C-H、Si-C、C-B-C键的存在,但Si-N键的FT-IR谱蜂由于与Si-C键重叠,在FT-IR谱图中难以体现,但在29Si-NMR谱中得到证实.对聚硼硅氮烷的NMR分析发现CHCBSi基团的对称性较差,发生横向弛豫,使对应的13C-NMR谱的谱峰变宽.     

新型SiC/SiBCN复合陶瓷的析晶性能

通过热解聚碳硅烷(PCS)和聚硼硅氮烷(PBS)两种有机先驱体混合物,制得非晶态SiC/SiBCN复合陶瓷,然后对复合陶瓷进行高温热处理,研究其析晶规律及影响因素.利用热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)及透射电子显微镜(TEM)分别研究先驱体的热解机理,先驱体的组成、热解温度和时间对SiC/SiBCN复合陶瓷结晶性的影响,以及复合陶瓷的微观结构.结果表明,先驱体的组成和热处理温度对复合陶瓷的析晶行为有重要影响.当PBS/PCS=1(w/w),1100 ℃/2 h制得非晶态SiC/SiBCN复合陶瓷;1400 ℃/4 h PCS热解转变的非晶SiC开始结晶,晶粒尺寸～3 nm;1500 ℃/4 h 得到产物的相结构为～10 nm 的SiC纳米晶均匀弥散在PBS热解得到的非晶态SiBCN中;1700 ℃/2 h SiC的晶粒尺寸～16 nm;1800 ℃/2 h非晶态SiBCN开始析晶,SiC晶粒尺寸～35 nm.     

ZrB2-SiBCN复合陶瓷恒温氧化行为研究

高温结构材料ZrB2陶瓷由于其烧结温度高,应用受到限制,SiBCN聚合物前驱体的添加降低了ZrB2的烧结温度,并能够获得致密的ZrB2-SiBCN复合陶瓷.研究其氧化行为对于ZrB2-SiBCN陶瓷在高温领域的应用有重要的意义.通过XRD、SEM等手段对陶瓷1300℃时氧化行为进行了分析和研究,结果表明,在高温空气环境下,SiBCN陶瓷氧化直接生成硼硅酸盐玻璃,硼硅酸盐玻璃粘度低,铺展速度快,在陶瓷表面可形成氧化物保护层,阻碍陶瓷的进一步氧化.ZrO2与SiO2反应生成新的ZrSiO4相,使硼硅酸玻璃层因被消耗而变薄,ZrSiO4附近的ZrB2颗粒从硼硅酸盐玻璃层内裸露出来,加速了ZrB2的氧化.ZrSiO4相的生成降低了硼硅酸盐玻璃对陶瓷的抗氧化保护作用.     

新型功能碳材料的高压截获

高性能功能材料在诸多领域具有广泛的应用前景,是人们一直关注的研究热点。高压可以有效地改变物质的原子间距和成键方式,是获得新型功能材料的重要途径。在碳材料的高压研究中,许多有趣的功能碳材料,如光学透明碳、高强度弹性碳和超硬非晶碳等,已经通过不同的碳前驱体合成。本文简要介绍了作者近年来在低维碳基纳米复合材料高压研究中取得的进展,基于设计的不同低维碳前驱体,高压下截获了具有超硬特性、新型压致共价聚合及发光增强的碳材料。     

基底温度对c-Si(100)面生长a-Si∶H薄膜结构特性影响的分子动力学模拟研究

运用分子动力学方法模拟了不同基底温度下在硅(100)表面沉积生长氢化非晶硅薄膜的过程.Si-H体系的原子间相互作用采用Murty-Tersoff势计算.结果得到:随着基底温度的升高,a-Si∶H薄膜表面粗糙度降低,内部致密度提高,H原子、Si-H键和悬挂键密度均减少.进一步分析发现,粗糙度和致密度随基底温度变化的原因是基底温度升高增大了表面原子的扩散能力;而H原子和Si-H键等含量随基底温度升高而下降是因为高温下Si-H弱键更易断键导致.悬挂键密度随基底温度升高而降低则主要是由于内部原子的晶化率增大引起.     

非晶前驱体碳热还原法制备超细硼化锆粉体

利用ZrO2-B2O3-C反应体系碳热还原的基本原理,分别选用八水合氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)、硼酸(H3BO3)和蔗糖(C11H22OH)作为ZrO2、B2O3和C的来源,柠檬酸(C6H8O7)为络合剂,采用溶胶-凝胶法制得硼化锆的非晶前驱体,经过碳热还原反应热解制备出超细硼化锆粉体.分别研究了硼酸、蔗糖用量和热解温度对产物的物相组成的影响.采用红外光谱仪、热重-差热分析仪、X射线衍射仪、比表面积分析仪和扫描电镜对硼化锆前驱体及热解产物进行表征和分析.结果表明:初始原料中八水合氧氯化锆:硼酸:裂解碳(物质的量比)=1:4:10时,可在相对较低温度下(1300℃)热解得到硼化锆粉体,且随着热解温度的升高硼化锆粉体的纯度也越高.当热解温度为1600℃、热解时间为2h时碳热还原反应完成,产物中只有硼化锆;硼化锆颗粒呈球形或类球形,粒径分布在0.2～0.6 μm之间、比表面积为74 m2/g.     

氧化硅/莫来石陶瓷型芯的析晶行为及性能研究

采用电熔莫来石、烧结莫来石作为硅基陶瓷型芯的矿化剂,制备了氧化硅/莫来石陶瓷型芯,并与未添加矿化剂的陶瓷型芯进行对比.相比于电熔莫来石,烧结莫来石中碱金属、碱土金属杂质含量较高,对石英玻璃的析晶促进作用明显,显著降低了陶瓷型芯的结晶活化能,但过多的杂质作为网络修饰体增大了陶瓷型芯的高温变形.而电熔莫来石既可以在一定程度上促进石英玻璃析晶,还可以提高型芯的高温抗变形能力.加入10wt;电熔莫来石的陶瓷型芯收缩率为0.73;,气孔率30.5;,室温强度18.9 MPa,高温蠕变0.3 mm,能够满足空心叶片的浇注需求.     

不同粒度SiC颗粒低温制备SiC泡沫陶瓷的性能

以SiC陶瓷前驱体聚碳硅烷(polycarbosilane,PCS)为粘结剂、SiC微粉为填料、聚氨酯海绵为模板,低温制备出了SiC泡沫陶瓷.研究了SiC颗粒粒度和PCS含量对SiC泡沫陶瓷线收缩率、体积密度、微观结构与抗弯强度的影响.确定了不同粒度SiC颗粒制备泡沫陶瓷的最佳烧成温度.结果表明,随SiC颗粒粒度与PCS含量的增加泡沫陶瓷的线收缩率增大、体积密度降低;泡沫陶瓷的抗弯强度随SiC颗粒粒度的增大而降低;颗粒粒度小于1μm时,最佳烧成温度为1200℃,颗粒粒度大于1μm时,最佳烧成温度为1100℃;PCS在1100℃与1200℃热解可得到β-SiC晶粒,其晶粒尺寸为12.2 nm与19.6 nm.     

成型压力对SiCnf增韧SiC陶瓷基复合材料微观结构和性能的影响

研究采用不同成型压力制备不同体积分数的SiC纳米纤维预制体,并通过前驱体浸渍裂解和反应熔渗联用工艺制备了SiC纳米纤维增韧SiC陶瓷基复合材料。研究了成型压力对SiC陶瓷基复合材料结构和性能的影响。结果表明,通过模压成型可实现高体积分数的SiC纳米纤维预制体的制备。当成型压力为40 MPa时,预制体SiC纳米纤维体积分数高达22.13%,但过高的成型压力也会导致SiC纳米纤维断裂。相较于单一前驱体浸渍裂解工艺,采用前驱体浸渍裂解和反应熔渗联用工艺制备的复合材料孔隙率显著降低,材料平均孔隙率从14.19%降至1.43%。当成型压力为30 MPa时,复合材料中游离硅含量低且SiC纳米纤维断裂少,材料抗弯强度和断裂韧性分别达到最大值178 MPa和21.6 MPa·m^1/2。     

硅树脂转化制备硅氧碳多孔陶瓷

采用硅树脂RSN-6018为陶瓷先驱体,并引入一定比例的预固化硅树脂,在N2气氛下于1200 ℃裂解转化制备组分单一、孔结构可控以及陶瓷产率高的硅氧碳(Si-O-C)多孔陶瓷,研究了预固化硅树脂含量对Si-O-C多孔陶瓷微观形貌和性能的影响.结果表明:预固化硅树脂的加入可有效调节Si-O-C多孔陶瓷的孔形貌、孔径以及气孔率,当预固化硅树脂含量低于90wt;时,随着预固化硅树脂含量的增加,孔结构从贯通圆孔变为颗粒"搭接"贯通孔,再变为颗粒堆积孔,且气孔率增大;而体积收缩减小,陶瓷产率提高;耐压强度在27.9~17.5 MPa之间.     

金属前驱体摩尔比对CZTS纳米晶微结构的影响

采用热注入法制备Cu2 ZnSnS4(CZTS)纳米晶,研究了金属前驱体摩尔比对所制备的CZTS纳米晶的晶体结构、化学组分、形貌及光学性能的影响.实验结果表明:当Cu:(Zn+Sn)前驱体摩尔比在0.8:1～1:1范围变化时,所得到的产物为纯锌黄锡矿结构CZTS纳米晶.当Cu:(Zn+Sn)≤0.7:1时,产物的XRD图谱在(112)晶面衍射峰附近出现微弱的SnS杂峰.当Cu:(Zn+Sn)前驱体摩尔比从0.9:1变化为0.8:1时,纳米晶的形貌主要为球形,少量为多边形;当Cu:(Zn+Sn)前驱体摩尔比从0.7:1减小到0.6:1时,纳米晶的形貌主要有纺锤形及少量球形.所制备样品的光学带隙随着Cu:(Zn+Sn)前驱体摩尔比的减小而增大,其带隙宽度在1.44～1.56 eV之间变化.     

浸渍-裂解工艺对无压烧结制备六方氮化硼陶瓷性能的影响

以硼酸-尿素混合水溶液作为h-BN先驱体,对无压烧结制备的高纯h-BN陶瓷进行了浸渍-裂解-二次无压烧结处理,以提高其致密度和性能.研究了先驱体溶液浓度和循环次数对浸渍-裂解-烧结后h-BN陶瓷的显微结构及性能的影响.结果表明,随着先驱体溶液浓度的增大,h-BN陶瓷的密度、弯曲强度、断裂韧性和热导率均先升高后降低,浓度为68wt;时均达到最大.浓度过高会导致先驱体溶液在浸渍过程中发生析出,反而不利于浸渍.随着循环次数的增加,h-BN陶瓷的致密度、弯曲强度、断裂韧性及热导率均逐渐增大,但趋势逐渐变缓.循环6次得到的h-BN陶瓷的密度、弯曲强度、断裂韧性和热导率分别为1.465 g./cm3、84.1 MPa、1.52 MPa·m1/2、44.36 W·m-1·k-1,相对于未处理的h-BN陶瓷分别提高4.7;、31.6;、63.7;、31.2;.     

前驱体转化法制备TiSi2/YSZ陶瓷涂层

采用聚硅氮烷前驱体作为基体,添加惰性填料(YSZ)和活性填料(TiSi2)制备涂层浆料,在310s不锈钢表面利用前驱体转化法制备TiSi2/YSZ陶瓷涂层.通过TGA、XRD和SEM对涂层的物相组成和微观形貌进行了表征,并研究了TiSi2含量对涂层的隔热性能以及耐高温性能的影响.结果表明,所制备的涂层厚度在15～35μm之间,由于前驱体树脂裂解过程中的体积收缩,未添加TiSi2的涂层表面分布有大量裂纹且涂层部分脱落.裂解过程中,TiSi2氧化生成TiO2与SiO2后可使TiSi2体积膨胀,弥补了前驱体树脂的体积收缩.因此随着TiSi2含量的增加,涂层脱落面积减少,表面裂纹密度降低,当TiSi2的体积分数达41;时,涂层内部无裂纹产生,该涂层样品在1200℃氧化25 h后金属基底氧化增重降低88.8;,并表现出良好的隔热性能和抗热震性能.     

放电等离子烧结硼-碳系陶瓷

采用高纯硼粉和碳粉放电等离子烧结工艺(Spark Plasma Sintering technique)烧结了三种不同化学计量比的硼-碳系陶瓷,分别为:B3.5C, B4.0C和B4.5C.用X 射线衍射分析了烧结体的物相.结果表明:原始粉末在1300～1600℃合成富硼碳化硼陶瓷(B4C1-x),致密化过程则发生在1700℃～1900℃.用放电等离子烧结成功地在1900℃获得了相对致密度大于95;的碳化硼陶瓷.     

活性填料对聚硼硅氮烷制备不锈钢陶瓷涂层性能的影响

采用陶瓷先驱体聚合物聚硼硅氮烷(PBSZ)为原料,并加入B4C粉填料以及Al粉活性填料,制备耐高温不锈钢材料的陶瓷涂层.研究了在氮气条件下所获得涂层的性能和微观形貌以及填料对涂层性能的影响.利用TG-DTA、XRD分析了先驱体的裂解过程及产物物相,并用SEM对涂层微观结构及成分进行了分析.结果表明,Al粉的加入,促进了聚硼硅氮烷的裂解,减少了涂层的体积收缩,从而有效地提高了涂层与基体的粘结强度.在1000℃氮气条件下,涂层材料主要为Al4C3,AlN,SiC,B4C,Al等相.在适当的工艺条件下,所获得的陶瓷涂层韧性良好,且具有较好的抗氧化性.微观研究表明,陶瓷涂层最佳厚度约为50 μm,涂层表面均匀、致密,与不锈钢基体之间结合良好.     

SiO_2添加物对CaCu_3Ti_4O_(12)陶瓷的微观结构与介电性能的影响

采用传统固相反应法制备了不同SiO_2掺量的CaCu_3Ti_4O_(12)(CCTO) 陶瓷材料,并研究了SiO_2含量对CCTO陶瓷物相结构、微观形貌及介电性能的影响.结果表明:高温烧结时,SiO_2不会与CCTO发生固相反应,而作为第二相物质存在于CCTO陶瓷的晶界,并对CCTO陶瓷的微观结构产生不同程度的影响.CCTO陶瓷的介电常数和介电损耗随SiO_2含量的增多而相应减小.阻抗分析表明,CCTO陶瓷的晶粒电阻随SiO_2的掺入略有改变,而晶界电阻则随SiO_2的掺入而显著增大.分析认为,晶界电阻的增大是导致CCTO陶瓷介电损耗降低的主要原因.     

淀粉固化法制备堇青石多孔陶瓷

以合成堇青石粉体为原料,以未改性的食用土豆淀粉为固化剂和造孔剂,利用淀粉固化成型工艺成功制备了堇青石多孔陶瓷,并研究了淀粉的添加量与浆料前驱体的粘度、多孔陶瓷的显气孔率、孔径分布及显微结构间的关系.实验结果表明:随着淀粉含量(10wt;～40wt;)的增加,浆料前驱体的粘度先略有增大后显著降低,多孔陶瓷的显气孔率显著增加,而气孔平均孔径明显减小.     

PrMnO3型前驱体掺杂ZnVTiO基压敏陶瓷显微结构及非线性表征

传统混合氧化物工艺条件下,经900℃烧结4h制备了0～0.3mol; PrMnO3型前驱体掺杂ZnO-V2O5-TiO2(ZnVTiO)基压敏陶瓷.在此基础上,采用XRD、SEM+ EDS研究其显微结构,按照标准I-V测试法测定其电学非线性.研究表明,该陶瓷除ZnO主晶相及Zn3(VO4)2常见第二相出现以外,还生成了Zn2TiO4、PrVO4两种颗粒相.Ti除了可以使样品晶粒尺寸出现大小两极分化之外,还通过形成Zn2TiO4颗粒相阻碍晶粒生长.PrVO4的含量随前驱体含量的提高而逐渐增加,其对烧结有轻微阻碍作用.0.05; PrMnO3型前驱体掺杂ZnVTiO基压敏陶瓷非线性最佳,非线性系数为23,压敏电压为154.1V,漏电流为19.6 μA.     

硼磷酸盐晶体MBPO5(M=Sr,Ba)高温拉曼光谱研究

测量了硼磷酸盐晶体SrBPO5和BaBPO5常温及高温拉曼光谱,对拉曼振动模式进行指认,并分析了晶体拉曼振动光谱及晶体结构在高温下的变化.结果表明,在温度升高的过程中,拉曼振动频率向低频移动且振动峰宽度展宽,晶体中的P-O键长随温度而变长,但O-P-O的键角随温度变化缓慢,且BO4四面体较PO4四面体的振动模量对温度有更强的敏感性.晶体的结构在高温下没有相变发生,表现出很强的稳定性.     

纳米TiO2/硼泥脱镁硅渣复合材料的制备与光催化性能

硼泥脱镁硅渣是硼泥酸浸脱镁后制取的一种多孔硅质矿物材料.以TiCl4为前驱体,硼泥脱镁硅渣为载体,采用水解沉淀法制备了一种纳米TiO2/硼泥脱镁硅渣复合材料,并采用XRD、SEM、EDS、TEM和FT-IR等手段对复合材料形貌与结构进行了表征.结果表明,复合材料中纳米TiO2以锐钛矿的晶型负载于硼泥脱镁硅渣表面,通过谢乐公式计算纳米TiO2平均晶粒尺寸为11.37 nm,透射电镜测量纳米TiO2粒径在10 ～ 30 nm之间.对水中Cr(Ⅵ)降解实验研究结果表明,光照240 min复合材料对Cr(Ⅵ)降解率可达到93.76;.