耐高温碳化硅纤维的制备与性能

采用聚硅碳硅烷（PSCS）与乙酰丙酮铝反应，合成出聚铝碳硅烷（PACS）陶瓷先驱体聚合物.经熔融纺丝、空气不熔化、烧成与高温烧结等工艺， 制备性能优异的耐高温碳化硅纤维SiC(Al).经29Si MAS NMR、 XRD、 Raman谱、AES与SEM等一系列分析表明，该纤维的化学组成和结构与普通碳化硅纤维显著不同，具有近化学计量比组成，氧、游离碳以及SixCyOz相的含量大大低于普通碳化硅纤维，这是其高温稳定的主要原因.在制备过程中铝作为烧结助剂起到了使纤维致密化与抑制晶粒快速增长的作用.     

耐超高温连续SiC纤维制备过程中纤维结构和取向演变

以聚铝碳硅烷(PACS)为先驱体, 采用先驱体转化技术制备出耐超高温的连续SiC纤维. 研究了制备过程中纤维结构和取向的演变及其对纤维性能的影响. 研究结果表明, 耐超高温连续SiC纤维制备过程中纤维结构的演变随温度变化分为分子间交联(≤600 ℃)、基本无机化(600—800 ℃)、完全无机化(800—1300 ℃)和结晶重排(1300—1800 ℃) 四个阶段; 纤维的取向随着结构的演变而改变, 连续PACS纤维沿轴向具有的微弱取向, 经热分解后演变到1300 ℃的产物中, 1300 ℃后随着结晶重排的发生, 纤维由各向异性转变为各向同性; 结构和取向的转变对于纤维性能具有很大的影响.     

耐超高温SiC(Al)纤维先驱体——聚铝碳硅烷纤维的研究

以聚硅碳硅烷(PSCS)与乙酰丙酮铝(Al(AcAc)3)为原料,在常压高温条件下反应制备出聚铝碳硅烷(PACS),经过熔融纺丝制备了PACS纤维.应用GPC、IR、XPS、29Si-NMR、27Al-NMR、TG、SEM、元素分析和增重等一系列分析,分别对PACS纤维的微观组成、结构以及性能进行了分析.研究结果表明,以原料质量配比为6∶100(Al(AcAc)3∶PSCS)合成的PACS化学式为SiC2.0H7.5O0.13Al0.018,数均分子量为1700左右,最适宜制备PACS纤维;PACS纤维中主要存在SiC4、SiC3H等结构,同时存在Si—O—Al键;在氮气气氛中,PACS纤维的陶瓷产率达到52%左右;预氧化处理,PACS纤维中Si—H键与空气中的氧反应形成Si—O—Si交联结构,较聚碳硅烷(PCS)纤维易于氧化,经过预氧化的PACS纤维陶瓷产率达到80%左右,是制备耐超高温SiC(Al)陶瓷纤维的合适纤维;用预氧化PACS纤维制备的SiC(OAl)纤维和SiC(Al)纤维抗拉强度高,耐高温性能好.     

聚铝硅烷与聚碳硅烷共混先驱体制备SiC(Al)纤维

采用聚铝碳硅烷和聚碳硅烷共混制备含铝碳化硅的先驱体,并与直接合成得到的聚铝碳硅烷进行了比较.元素分析表明,共混法能够有效控制聚铝碳硅烷中的铝含量,且共混聚铝碳硅烷先驱体Si—H键含量更高.流变性能研究表明,共混获得的聚铝碳硅烷先驱体黏流活化能从255kJ/mol降至200kJ/mol,先驱体的可纺性提高,所以原纤维的平均直径从19μm降至12μm.预氧化后聚铝碳硅烷原纤维经1800℃一步烧成可得到致密的SiC(Al)纤维;XRD研究表明,纤维中的铝起到抑制碳化硅晶粒长大的作用.     

耐超高温SiC（A1）纤维先驱体——聚铝碳硅烷纤维的研究

以聚硅碳硅烷（PSCS）与乙酰丙酮铝（A1（AcAc）3）为原料，在常压高温条件下反应制备出聚铝碳硅烷（PACS），经过熔融纺丝制备了PACS纤维．应用GPC、IR、XPS、^29Si．NMR、^29A1，NMR、TG、SEM、元素分析和增重等一系列分析，分别对PACS纤维的微观组成、结构以及性能进行了分析．研究结果表明，以原料质量配比为6：100（AI（AcAc）3：PSCS）合成的PACS化学式为SiQ2.0H7.5O0.13，Al0.018数均分子量为1700左右，最适宜制备PACS纤维；PACS纤维中主要存在SiC4、SiC3H等结构，同时存在si—O—Al键；在氮气气氛中，PACS纤维的陶瓷产率达到52％左右；预氧化处理，PACS纤维中Si—H键与空气中的氧反应形成Si—O—Si交联结构，较聚碳硅烷（PCS）纤维易于氧化，经过预氧化的PACS纤维陶瓷产率达到80％左右，是制备耐超高温SiC（A1）陶瓷纤维的合适纤维；用预氧化PACS纤维制备的SiC（OAl）纤维和SiC（A1）纤维抗拉强度高，耐高温性能好．     

Si-Zr-C-O纤维的耐高温抗氧化性能研究

以聚硅碳硅烷(PSCS)与乙酰丙酮锆为原料合成聚锆碳硅烷(PZCS),采用先驱体转化法制备了Si-Zr-C-O纤维.通过元素分析、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和俄歇电子能谱(AES)等分析测试手段研究了Si-Zr-C-O纤维的组成结构及其耐高温抗氧化性能.结果表明:Si-Zr-C-O纤维的元素组成为SiC1.24HxO0.56Zr0.0129,平均强度2.5GPa,平均直径11μm,纤维表面光滑平坦,没出现孔洞、裂纹、沟槽等缺陷,直径均匀.该纤维耐超高温性能良好,在1450和1600℃处理后,强度保留率分别为72%和36%,1800℃处理后Si-Zr-C-O纤维的化学式为SiC0.99HxO0.1Zry,纤维氧含量大大降低;纤维抗氧化性能良好,空气中1000℃热处理20h后,强度保留率为71.2%,热处理100h后,强度保留率为50%.     

铝含量对含铝碳化硅陶瓷先驱体结构和性能的影响

采用不同比例的乙酰丙酮铝[Al(AcAc)3]与聚硅碳硅烷(PSCS)反应制备含铝碳化硅陶瓷的先驱体聚铝碳硅烷(PACS). 采用气相凝胶色谱(GPC)、化学分析和红外等手段对不同铝含量的PACS组成和结构进行了表征, 研究了铝含量对PACS结构和性能的影响. 结果表明, 随着铝含量的增加, PACS的氧含量增加, 分子量分布变宽, 主要活性基团Si—H键的含量降低, PACS的可纺性降低. 当Al(AcAc)3/PSCS(质量比)大于20%以后, PACS不可纺. 热重-差热分析(TG-DTA)的研究表明: 当制备PACS的Al(AcAc)3/PSCS(质量比)大于4%, PACS在N2中400～560 ℃之间的失重明显降低. 铝含量在0.4～0.7 wt%的PACS, 制备的Si-Al-C-O纤维抗张强度最高. Al(AcAc)3/PSCS＝6 wt%时制备的PACS, 烧结的SiC(Al)纤维最致密.     

超高温焙烧的Ni/Al2O3对甲烷部分氧化反应的催化活性

考察了超高温焙烧的Ni/Al2O3对甲烷部分氧化反应的催化性能,发现该催化剂经还原后对甲烷部分氧化反应表现出较高的催化活性.X射线衍射结果显示,Ni/Al2O3催化剂在超高温(1200~1400℃)下焙烧后生成了NiAl2O4,且无相转移,进一步经950℃还原后催化剂中绝大部分Ni以单质Ni0形式存在.透射电子显微镜测试结果表明,不同超高温焙烧的催化剂经950℃还原后Ni晶粒的大小无明显差异.这说明超高温焙烧的Ni/Al2O3对甲烷部分氧化反应的高活性可归结为NiAl2O4的可还原性以及还原后Ni0相似的晶粒尺寸.同时还发现,焙烧温度越高,生成的NiAl2O4的还原温度越高.     

不同温度下聚铝碳硅烷的合成与表征

为了研究合成温度对聚铝碳硅烷(PACS)结构的影响, 采用具有Si—C骨架结构的低分子量液态聚碳硅烷(LPCS)与乙酰丙酮铝[Al(AcAc)3]为原料, 在300, 360和420 ℃下分别合成了固态PACS, 并对合成的PACS样品进行元素组成及结构表征. 表征结果显示, 合成温度明显影响样品的Al, O含量及Si—H键数量. 合成温度升高, Al含量与O含量增大, 但PACS中的Si—H键数量急剧减少, 在360 ℃下合成的样品具有理论Al含量, 而在300和420 ℃下合成的样品的Al含量分别小于和大于理论Al含量. 27Al MAS NMR结果显示, Al与O形成AlO4, AlO5和AlO6 三种配位形式. 反应过程中消耗Si—H键形成Si—O—Al交联结构是PACS数均分子量及多分散系数增加的主要原因.     

不同Al含量聚铝碳硅烷纤维空气不熔化及氧含量控制研究

利用低分子量聚碳硅烷(L-PCS)与乙酰丙酮铝间的热聚合反应,通过调节原料配比和反应条件,合成了不同Al含量,且具有良好可纺性的聚铝碳硅烷(PACS).研究了PACS的分子量分布和分子结构,PACS纤维空气不熔化特点并与PCS纤维进行比较.结果表明,[Al(Ac Ac)3]以-Al(Ac Ac)2悬挂和-Al(Ac Ac)-桥联两种方式接入L-PCS分子结构,PACS分子量呈双峰分布.PACS中Si—H含量和反应活性随Al含量增加而下降,氧化生成的Si—OH难以进一步形成Si—O—Si交联结构.这导致Al含量越高,凝胶点温度越高,凝胶含量随温度升高增加缓慢,同时引入多余氧.通过预氧化与高温处理相结合的方法,将不熔化纤维中氧含量控制在11 wt%以下.高温处理过程中发生自交联:Si—OH间脱水生成Si—O—Si;Si—H与Si—OH或Si—CH3脱氢生成Si—CH2—Si.     

离子液体AlCl3/Et3NHCl中电沉积法制备金属铝

在AlCl3/Et3NHCl型离子液体中铝电极上通过恒电位电解沉积制备出金属铝. 测定了不同摩尔比的AlCl3/Et3NHCl离子液体在不同温度下的电导率, 考察了离子液体AlCl3/Et3NHCl摩尔比为2/1中Al电极上铝沉积的晶核成核过程, 以及恒电位电解沉积铝的工艺条件对电流效率和沉积铝表面形貌的影响. 结果表明, 不同比例AlCl3/Et3NHCl离子液体的电导率随温度升高而升高, 符合Arrhenius规律; 在Al电极上铝沉积的成核机理为三维瞬时成核过程; 恒电位电解沉积结果表明, 室温下在电位-2.4 V(vs Pt)和电解时间20 min条件下, 沉积铝的表面形貌比较平整致密,电流效率达73%, 沉积铝的纯度达96%(w).     

Electrodeposition of Aluminum from AlCl3/Et3NHCl Ionic Liquids

Aluminum was successfully electrodeposited on Al electrodes from aluminum chloride (AlCl₃)/triethylamine hydrochloride (Et₃NHCl) ionic liquids by the constant potential electrolysis. Electrical conductivities of AlCl₃/Et₃NHCl ionic liquids were measured as a function of the temperature and composition. The nucleation processes and the influence of experimental conditions on the current efficiency and surface morphology of aluminum electrodeposits were studied on Al electrodes from 2:1 molar ratio AlCl₃/Et₃NHCl ionic liquid. The electrical conductivities of ionic liquids increased as the electrolyte temperature increased, following the Arrhenius behavior. Analyses of the chronoamperograms indicated that the deposition process of aluminum on Al substrates was controlled by instantaneous nucleation with diffusion-controlled growth. Constant potential deposition experiments showed that the electrodeposits obtained on Al electrodes were dense, continuous, and well adherent, and the current efficiency was 73% at −2.4 V(vs Pt) for 20 min electrolysis at room temperature. The purity of aluminum electrodeposits on Al electrodes was above 96% (w).     

Coordination Structure of Aluminum in Magnesium Aluminum Hydroxide Studied by ^27Al NMR

The coordination structure of aluminum in magnesium aluminum hydroxide was studied by ^27Al NMR.The result showed that tetrahedral aluminum (Al^IV) existed in magnesium aluminum hydroxide,and the contents of Al^TV increased with the increase of the ratio of Al/Mg and with the peptizing temperature.Al^IV originated from the so-called Al13 polymer with the structure of one Al tetrahedron surrounded by twelve Al octahedrons.     

Electrochemical and mechanical characteristics of Al-(x)SiC composite fabricated by high energy compaction

Simultaneous compaction and sintering using the energy generated by the underwater explosion is a rapid method that does not have the negative consequences of normal sintering, such as unwanted reactions between components and grain growth. For this reason, this study used the energy from this process to produce Al/SiC composites with different amounts of SiC. As a result, 10, 20, and 30% of SiC powder were added to the Al powder, and then the samples were produced by compression under the influence of an underwater explosion. The results showed that as the amount of SiC increased, the samples' density and the amount of porosity for further agglomeration increased. Microstructural examination by Scanning Electron Microscopy (SEM) confirmed the increase in agglomeration with increasing SiC. Besides, Samples experienced an increase in hardness as the amount of SiC raised. Adding 10% of SiC increased the flexural strength while adding more (20 and 30%) increased the agglomeration resulting in a decrease in strength and elongation. Polarization and impedance spectroscopy (EIS) methods were used to study the samples' electrochemical behavior in a 3.5% NaCl solution. Results showed that the addition of SiC particles up to 10% (wt%) reduces the corrosion density from 9.7 (μA/cm²) to 2.06 (μA/cm²). The Al–10%SiC composite had the lowest corrosion current density compared to 20% and 30% SiC composites. In addition, the polarization resistance of the Nyquist plot for pure Al and Al composite containing 10% SiC was 3965 and 7862, respectively. Therefore, these results showed the beneficial effect of 10% SiC as reinforcing particles on the corrosion behavior of Al composites and thus improved corrosion resistance.