基于环硼氮烷的高陶瓷产率SiBCN先驱体的合成与性能

聚合物先驱体转化法作为制备SiBCN陶瓷及其复合材料的重要途径,具有成型温度低、产物结构和组成可控等优点.设计合成合适的聚合物先驱体是提高陶瓷产率和性能的关键因素之一,本文采用三氯环硼氮烷(TCB)与乙炔基氯化镁进行反应,合成了乙炔基环硼氮烷,进而与二氯硅烷和二氯甲基乙烯基硅烷进行共氨解反应,制备了聚硼硅氮烷先驱体(PBSZ)并进行了高温裂解.采用综合热分析(TG-DSG)对其陶瓷化过程进行了分析,并采用XRD和SEM对陶瓷化产物的结构进行了表征.PBSZ在室温下是液态,易溶于二氯甲烷和氯仿等溶剂,可加工性优良.基于PBSZ先驱体的SiBCN陶瓷产率超过80%;陶瓷化产物在1400℃以下为无定形状态,在1500℃可形成由α-Si3N4,β-Si3N4,h-BN和SiO2晶体结构组成的陶瓷;陶瓷产物表面致密平整且具有优异的热稳定性和氧化性能,表明聚硼硅氮烷(PBSZ)有望成为高陶瓷产率和高性能陶瓷的重要先驱体.     

硅基聚合物前驱体转化陶瓷微观结构研究进展

聚合物前驱体转化法使得陶瓷材料的制备实现了可分子设计和可聚合物工艺加工,在陶瓷基复合材料、陶瓷纤维、功能涂层、特种胶粘剂等方面具有重要应用价值.不同于传统粉末烧结工艺,该方法涉及有机聚合物至无机陶瓷的转化过程,因此,聚合物前驱体的分子结构以及陶瓷化工艺对所制备陶瓷材料的微观结构和功能特性具有直接影响.本文综述了基于聚合...     

超细粉体制备Nd:Y2O3透明陶瓷

采用碳酸氢铵为沉淀剂合成了碱式碳酸钇沉淀前驱体,研究了的前躯体的煅烧工艺对氧化钇粉体性能及烧结氧化钇陶瓷组织、致密化行为以及透光率的影响。在1000℃煅烧6 h获得的超细粉体,经过在氢气介质中1750℃保温3 h烧结后,获得组织均匀,无残余气孔,透光率高的氧化钇陶瓷。     

结构陶瓷复合材料的现状和发展趋势

本文简要叙述了结构陶瓷高温下强度及硬度高、蠕变小、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损等优越性能,同时指出了陶瓷应用于承载结构的致命弱点,即陶瓷的脆性。较详细地综述了克服陶瓷脆性的主要技术方向--开发第二相粒子、纤维(晶须)补强增韧的微米陶瓷复合材料及纳米陶瓷复合材料,并分析了纳米陶瓷的发展前景。     

精细化工实验课程教学改革与实践:可陶瓷化阻燃EVA复合材料的制备与性能研究*

结合科研课题及实验教学经验,设计了题为“可陶瓷化阻燃EVA复合材料的制备与性能研究”的精细化工实验课教学项目。该实验以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为基材,以叶腊石粉(PL)和磷酸盐玻璃粉(GD)为陶瓷化填料(CF),以有机蒙脱土(OMMT)为抗熔滴剂,以三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为阻燃剂,制备可陶瓷化阻燃EVA复合材料。实验优化了影响阻燃效果、陶瓷强度和复合材料力学性能的因素,确定了合适的配方组成等内容。本精细化工实验课结合了科研内容,能激发学生主动参与实验设计并自主探索科学的兴趣,有利于培养学生的创新能力和解决实际问题的能力。     

二氧化钛纳米管/镍复合材料的可控制备及其微波电磁性能

二氧化钛纳米管可作为载体,经过磁性金属修饰,制备陶瓷基金属纳米复合材料.本文利用二氧化钛纳米管为载体,经过硅烷化改性,钯催化沉积金属镍,制备一种陶瓷基/镍纳米复合材料,并利用TEM,XRD,FTIR和XPS等方法表征该复合材料的结构特征.结果表明二氧化钛纳米管表面镍沉积均匀,镍晶粒度尺寸为9.7nm,具有衍射宽化特征.沉积镍后,纳米管端部呈开口特征,仍具有空腔结构.在外加电磁场作用下(8～12GHz),复合材料具有较高的磁导率和磁损耗,但具有很低的介电损耗.该复合材料具有长径比高、比重小、重量轻、镍含量少等特点.人们还可在二氧化钛纳米管外部沉积其他金属或合金(如铁、钴),调控复合材料的电磁性能,用于开发薄而轻的电磁活性复合材料.     

玻璃粉在陶瓷化硅橡胶中的应用

陶瓷化高分子材料具有优异的阻燃和防火性能,在国外已经有公司制备了这种材料来代替传统的防火材料。以硅橡胶为基体,通过添加玻璃粉,制备了一种陶瓷化高分子材料,研究了玻璃粉用量对硅橡胶力学性能和电学性能的影响,通过SEM观察了瓷化物表面和断面的形貌。结果显示,瓷化物表面比较致密,气孔较少,有一些玻璃相形成;断面存在大量气孔,具有较好的瓷化性能,瓷化物致密而又坚硬,可以抵抗至少1000℃的高温。随着玻璃粉添加量的提高,硅橡胶的流动性变差,硫化速率加快,拉伸强度和断裂伸长率都有不同程度的下降,邵氏硬度A一直上升,体积电阻率和表面电阻率则都呈现出先增大后减小的趋势。     

硼化锆陶瓷前驱体法制备及其表征

以聚乙酰丙酮锆(PZO)、硼酸、酚醛树脂为原料制备得到硼化锆液相前驱体;在1 400℃和氩气保护下使硼化锆前驱体发生碳热还原反应,得到硼化锆陶瓷.采用热重分析仪、X射线衍射仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、扫描电镜表征了硼化锆前驱体及热解陶瓷产物.结果表明,在相对较低的温度(1 400℃)下热解得到的硼化锆陶瓷纯度较高;硼化锆陶瓷材料整体呈小块状,由硼化锆晶体层层堆积而成,其晶粒尺寸约为200 nm.     

La2O3—Y2O3自增韧氮化硅的相转变与晶体生长

研究了高Ｌａ２Ｏ３Ｙ２Ｏ３含量自增韧Ｓｉ３Ｎ４在热压预烧结及高温气压处理过程中的相转变和晶体生长。采用热压烧结方法制备了几种具有较高相对密度，不同α相含量的Ｓｉ３Ｎ４预烧体，并在１９００℃、０９ＭＰａＮ２压力中进行气压处理。结果表明，预烧体中α相量越高，预烧体及高温处理后烧结体的显微结构就越细，预烧体的晶粒尺寸分布就越窄；经高温气压处理后，提高了材料的组织均匀性，相转变完全的预烧体均匀性提高最为显著     

溴化银/二氧化钛复合材料的可见光催化性能

将硝酸银的乙醇溶液与溶胶凝胶TiO2混合得到前驱体,随后经共沉淀-煅烧制备得到AgBr/TiO2复合材料;采用扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪分析了复合材料的形貌、晶体结构、Ag元素的价态,采用紫外-可见漫反射光谱仪测定了其光吸收性能;进而以甲基橙(MO)的可见光降解为探针反应测定了AgBr/TiO2复合材料的可见光催化性能.结果表明,当前驱体在不同温度下煅烧后,无定形TiO2颗粒逐渐增大,并逐渐转变为锐钛矿结构;担载的AgBr可明显拓展TiO2的可见光吸收范围;Ag物种主要以Ag+形式存在.当煅烧温度为300℃时,复合材料的光催化活性最高,MO的降解率在60min内达到90%以上;随着煅烧温度的增加,催化活性逐渐降低.     

层状复合氢氧化物对乙酰苯甲酸的负载与体外释放

共沉淀-微波晶化法合成层状复合氢氧化物(LDH)后, 用不同方式将乙酰苯甲酸(ASP)组装到LDH层间制成载药体LDH-ASP, 通过对合成及药物释放前后的液相分析与固相表征数据研究了LDH对ASP的负载及载药体LDH-ASP在磷酸盐介质的溶释现象. 结果表明: LDH层间通道是负载、贮存及控制药物释放的微观基础; 载体选择、药物配比、反应能量供给方式及搅拌强度是决定并影响LDH-ASP载药效率的基本因素, LDH-ASP结构参数可以反映药物负载情况、并与其释放性能明确相关; LDH对ASP的负载与释放均致晶胞参数改变、结晶度下降; 载药体与前体的晶态属性、热力学行为及表面特性相似, 而释放药物后固相的晶态性征减弱、无定形性增强、通道吸附活性降低, 有利于使命后载体在体内降解消除.     

新型导电陶瓷Sm0.9Sr0.1Al0.5Mn0.5O3-δ的制备及其电性能研究

采用有机凝胶法结合固相烧结技术制备了Sm0.9Sr0.1Al0.5Mn0.5O3－δ (SSAM9155)新型导电陶瓷. 通过TG/DTA, FTIR, XRD, SEM和直流四引线法系统研究了凝胶前驱体的热分解及其相转化过程和烧结体的结构、相稳定性、微观形貌、电导率以及电输运机制. 结果表明, 凝胶前驱体在900 ℃焙烧5 h可以形成完全晶化的四方钙钛矿相纳米粉体; 高温烧结制得的SSAM9155陶瓷的电导率取决于p型电导, 电导率随温度的升高而增大, 导电行为符合p型小极化子跳跃机制; 随烧结温度的升高或保温时间的延长, SSAM9155陶瓷的电导率和相对密度都先增大后减小, 1600 ℃烧结10 h制得的SSAM9155陶瓷具有最高的电导率和相对密度(98%), 该样品在空气和氢气气氛中850 ℃时的电导率分别为8.21和1.26 S•cm－1, 表观活化能分别为0.265和0.465 eV. 具有较高电导率的Sr, Mn掺杂的SmAlO3导电陶瓷有望成为一种新型的固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料.     

新型导电陶瓷Sm_0.9St_0.1Al_0.5Mn_0.5O_(3-δ)的制备及其电性能研究

采用有机凝胶法结合固相烧结技术制备了Sm_0.9St_0.1Al_0.5Mn_0.5O_(3-δ)(SSAM9 155)新犁导电陶瓷.通过TG/DTA,FTIR, XRD,SEM和直流四引线法系统研究了凝胶前驱体的热分解及其相转化过程和烧结体的结构、相稳定性、微观形貌、电导率以及电输运机制.结果表明,凝胶前驱体在900℃焙烧5 h可以形成完全晶化的四方钙钛矿相纳米粉体;高温烧结制得的SSAM9155陶瓷的电导率取决于P型电导,电导率随温度的升高而增大,导电行为符合P型小极化子跳跃机制;随烧结温度的升高或保温时间的延长,SSAM9155陶瓷的电导率和相对密度都先增大后减小,1600℃烧结10 h制得的SSAM9155陶瓷具有最高的电导率和相对密度(98%),该样品在空气和氢气气氛中850℃时的电导率分别为8.21和1.26 S·cm~(-1),表观活化能分别为0.265和0.465 eV.具有较高电导率的Sr,Mn掺杂的SmAlO_3导电陶瓷有望成为一种新型的固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料.     

SnO2掺杂对TiO2/Si纳米复合材料性能的影响

采用溶胶-凝胶法在p-型单晶硅的表面镀上一层TiO2-SnO2纳米复合薄膜,并在一定的温度下煅烧得到TiO2-SnO2/Si复合材料.实验研究发现,在TiO2中掺杂一定量的SnO2会使TiO2/Si复合材料的光电压增强,且SnO2的掺杂会抑制TiO2的晶相转变,使复合材料的高温稳定性增强.另外,SnO2的掺杂量和煅烧温度对复合材料的光电压都有影响.当SnO2掺杂量约为20%,煅烧温度为600℃时复合材料的光电压最强.     

有机-无机杂化凝胶法合成YAG∶Ce~(3+)荧光粉的包膜及其稳定性

本文以金属硝酸盐为原料,柠檬酸为配位剂的有机-无机杂化凝胶法来合成掺杂三价铈离子的钇铝石榴石荧光粉,采用X-射线衍射法研究了杂化凝胶在煅烧过程中的相转变机制。结果表明:杂化凝胶在煅烧过程中可以通过两条途径形成Y3Al5O12(YAG)相:一是由无定形Y2O3和Al2O3直接向YAG相的一步相转变;二是由无定型Y2O3和Al2O3经由YAlO3(YAP)和γ-Al2O3向YAG相的两阶段相转变,在900℃得到结晶性好的纯YAG∶Ce3 荧光粉,其最大激发波长为459nm,最大发射峰波长为550nm;在荧光粉表面包覆氧化铝和氧化镧,将使荧光粉的荧光强度稍有降低,但对荧光粉的稳定性有很好的改进作用。     

聚苯乙烯/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的制备与表征

由离子交换法制备4,4′-偶氮二(4-氰基戊酸)根(ACP)单独插层和ACP/对苯乙烯磺酸根(VBS)复合插层的层状双金属氢氧化物(LDH),再通过原位悬浮聚合制得聚苯乙烯(PS)/LDH纳米复合材料,对插层改性LDH和复合材料进行了结构和性能表征.X-射线衍射和元素分析表明ACP可以单独或与VBS一起插入到LDH层间.透射电镜和X-射线衍射分析表明采用ACP/VBS复合插层LDH与苯乙烯原位聚合得到的复合材料中LDH剥离程度高,熔融加工后LDH基本以纳米层板形式分散在PS基体中.LDH的引入可明显提高PS的热稳定性,而熔体流动性下降.     

溶胶-凝胶法制备(Ca1-xMgx)SiO3陶瓷及其微波介电性能

以硝酸钙、硝酸镁、正硅酸乙酯为先驱体, 利用溶胶-凝胶法合成(Ca1-xMgx)SiO3(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)陶瓷粉体, 研究了Mg2+取代Ca2+对陶瓷物相组成、烧结特性以及微波介电性能的影响规律. 结果表明, Mg2+在CaSiO3中的最大固溶度不超过0.2；随着Mg2+对Ca2+取代量的增加, 陶瓷在烧结后的主晶相出现从CaSiO3相向CaMgSi2O6相的转变,陶瓷的烧结特性及介电性能出现先增加后下降的趋势；当x=0.3 时, 陶瓷体中CaSiO3相与CaMgSi2O6相共存, 克服了单相CaSiO3或CaMgSi2O6易成片长大的缺点,有效减少了陶瓷中残留的气孔, 提高烧结体致密性. (Ca0.7Mg0.3)SiO3在1320 益烧结后介电常数为6.62, 品质因数为36962 GHz.     

锂瓷石粉或硼砂增强陶瓷化硅橡胶复合材料的制备与性能

以硅橡胶为基体、锂瓷石粉和硼砂为烧结助剂,采用机械共混法,制备了具有陶瓷化防火功能的硅橡胶复合材料。通过力学测试、热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了该材料的结构、力学性能和烧结性能,研究了锂瓷石粉和硼砂对陶瓷硅橡胶复合材料性能的影响。结果表明:通过在体系中添加锂瓷石粉和硼砂,提高了硅橡胶复合材料的力学性能,降低了陶瓷化硅橡胶复合材料的起始分解温度,加快了烧结反应进程。当锂瓷石粉与硅橡胶的质量比为5∶100时,硅橡胶复合材料的综合力学性能最好,拉伸强度、断裂伸长率,撕裂强度分别提高了15.6%、34.8%、2.3%,添加锂瓷石粉的陶瓷复合材料经过烧结,能够形成均匀的陶瓷化整体结构,比添加硼砂的陶瓷化硅橡胶复合材料具有更好的烧结性能。     

先驱体转化法制备硅硼碳氮陶瓷的结构与性能

先驱体转化法制备的硅硼碳氮(Si BCN)陶瓷,具有优异的高温结构稳定性、抗氧化性、抗蠕变性及特殊的电学性能,可制备成陶瓷纤维、复合材料、多孔陶瓷、涂层及微器件等,成为航空航天、能源、微电子等产业的备选材料。近年来,研究者们致力于发展先驱体的新型合成方法,开展陶瓷微结构及高温性能的表征研究,并探索将Si BCN陶瓷的特殊性质应用于高温传感器、碳纳米管或碳纳米纤维的抗氧化涂层、碳化硅陶瓷的烧结助剂等领域。本文将对先驱体法制备Si BCN陶瓷的工艺(包括先驱体的合成、热裂解及加工成型)、Si BCN陶瓷微结构和性质,以及其高温性能等最新研究进展进行详细的综述,在此基础上总结该领域目前存在的主要问题,并提出未来的发展方向。     

聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物复合膜的原位制备及其性能研究

采用一步水热法,原位制备了聚乙烯醇(PVA)/层状双金属氢氧化物(LDH)复合材料(PVA/LDH).与溶液共混法相比,原位生成法具有实验操作简单、制备周期短等优势.广角X射线衍射(WXRD)结果显示,利用该方法可在PVA溶液中原位生成晶型完整的LDH片状粒子.与溶液共混法制备所得复合体系的流变行为不同,原位合成体系在低剪切速率下的表观黏度随LDH含量的增加而下降.得益于LDH在PVA中的良好分散,填料含量为1.0 wt％时,复合膜的力学拉伸强度及弹性模量较纯PVA膜分别提高105.40％和133.20％.在保持复合材料高透光性基础上,薄膜的耐水性也有一定的提升,但其耐水蒸汽的提高仅当LDH含量达3.0 wt％才有所体现.