连续SiC(Al)纤维的耐超高温性能及其机理

以有机金属聚合物聚铝碳硅烷为原料, 利用先驱体转化法制备出连续SiC(Al)纤维. 采用一系列分析测试对纤维的组成、结构以及耐超高温性能进行了表征, 通过与Nicalon纤维的比较, 对连续SiC(Al)纤维的耐超高温机理进行了研究. 结果表明, 连续SiC(Al)纤维具有优异的耐超高温性能,在1800 ℃氩气中处理1 h后, 纤维的强度保留率为80%左右; 元素分析和27Al MAS核磁共振等分析表明, 连续SiC(Al)纤维为近化学计量比的SiC纤维, 纤维中微量的铝元素以Al—O和Al—C键两种形式存在; 在超高温条件下, 两种不同存在形式的铝均能够抑制纤维中晶粒的长大. 纤维具有近化学计量比的组成和铝元素在高温条件下对于晶粒长大的抑制, 是连续SiC(Al)纤维具有优异耐超高温性能的原因.     

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.     

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．     

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.     

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%.     

预氧化聚铝碳硅烷纤维的热分解动力学及其机理

利用热重分析仪(TGA)对预氧化聚铝碳硅烷(PACS)纤维进行了热动力学研究, 用改良的Coats-Redfern法计算了动力学参数, 用Doyle法计算了理论失重值, 并根据FT-IR, XRD和SEM对其热分解的机理进行了分析. 结果表明, 在热分解反应的主要阶段, 预氧化纤维的反应活化能低于PACS纤维, 氧的引入有利于纤维的热分解; 快速升温有利于预氧化PACS纤维的热分解. 在初始分解阶段, 主要为低分子量的PACS和H₂O的逸出, 同时≡Si—H键之间以及≡Si—H与≡Si—CH₃键发生了脱氢、脱CH₄反应, 从而导致交联程度的增加; 随热分解温度进一步的提高, 分子的有机侧基急剧热解, 分解产物从有机物转变为存在部分微晶的无机结构; 热分解温度继续提高, 纤维结构进一步完善, 1300 ℃左右, β-SiC晶粒大小约为2～4 nm左右, 纤维具有较好的性能.     

聚锆碳硅烷陶瓷先驱体的制备与表征

为了提高SiC陶瓷纤维的综合性能,利用聚二甲基硅烷(PDMS)热解制得的液相产物聚硅碳硅烷(PSCS)与乙酰丙酮锆(Zr(AcAc)4)反应,制备了含锆SiC陶瓷纤维的先驱体聚锆碳硅烷(PZCS).选用液相PSCS作为反应原料,可使锆元素在先驱体中分布更加均匀,并能防止Zr(AcAc)4在反应过程中升华.实验合成的PZCS化学式为SiC1.94HxO0.066Zr0.0104,数均分子量Mn=200~400,再成型性良好.反应机理研究表明,反应过程中存在PSCS裂解重排反应,Si—H键在反应中显示出很高的活性,PZCS分子量的增加是PSCS形成的Si—H键与Zr(AcAc)4的配位基发生交联反应的结果.利用PZCS制备的Si—Zr—C—O陶瓷纤维平均强度2.6GPa,平均直径11μm,性能优异.     

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.     

天然橡胶在单向拉伸下的结晶与取向

<正> 从研究聚乙烯由球晶结构转变到纤维结构的过程得知,聚乙烯纤维由一束平行排列的细纤维(microfibril)组成,细纤维则由垂直于纤维轴互相平行排列的折迭链块(foldedchain block)组成,折迭链块之间有链段相连.处于高弹态的天然橡胶(-78°—28℃),进行单向拉伸,可发生取向并同时结晶,形成纤维,但是它与聚乙烯的起始态不同,为阐明天然橡胶拉伸后是否也有类似聚乙烯纤维的结构单元,本文采用透射式电子     

先驱体转化法制备Si-B-N-C陶瓷纤维及表征

以聚硼硅氮烷为先驱体, 经熔融纺丝、不熔化处理及氮气中高温热解、烧结得到Si-B-N-C陶瓷纤维. 利用元素分析、FTIR、XRD、高温热重分析等手段对Si-B-N-C纤维的组成、结构以及高温稳定性和抗氧化性等进行了表征. 结果表明, 纤维主要由Si3N4, BN和SiC等相组成, 其室温抗拉强度为2.1 GPa, 弹性模量为230 GPa, 具有很好的非晶稳定性和高温抗氧化性, 惰性气氛中可保持非晶至1700 ℃, 空气中加热至1100 ℃以下时无增重, 在1100-1400 ℃温度范围内增重约3.3％.     

静电纺丝法制备SrTiO3多晶微纳米纤维

应用静电纺丝法并结合Sol-gel 技术制备了SrTiO3微纳米纤维. SEM, TEM及电子衍射分析结果显示, 于900 ℃煅烧获得的纤维直径分布在50~400 nm之间, 其典型直径约为280 nm. XRD分析结果表明, 纤维由立方结构的SrTiO3晶粒组成, 平均晶粒尺寸为33 nm.     

静电纺丝法制备铁酸锌中空纤维及其磁学性能

以锌盐、铁盐和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,通过静电纺丝法先制备PVP/硝酸盐复合纤维,这些复合纤维以5℃·min-1的升温速率加热到500℃并保温3h,最终得到铁酸锌(ZnFe2O4)中空纤维.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及振动样品磁强计(VSM)等分析手段对中空纤维的晶体结构、形貌和磁学性能进行了研究.结果显示,ZnFe2O4中空纤维属于尖晶石结构,高温处理后仍能保持一维结构,纤维直径在200-400nm之间,纤维壁由大小为25nm的颗粒堆积而成.室温磁化结果显示制备的ZnFe2O4中空纤维具有超顺磁性,在10kOe的磁化强度为2.03emu·g-1.