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.     

新型氮化硼陶瓷纤维先驱体——含硅聚硼氮烷的合成与表征

以三氯化硼、六甲基二硅氮烷为起始原料, 采用一步法合成了一种新型含硅氮化硼陶瓷纤维先驱体——含硅聚硼氮烷. 该法合成工艺简单, 且合成收率约为87%(质量分数). 采用元素分析、傅立叶红外光谱、核磁共振波谱、热机械分析、动态流变分析等对含硅聚硼氮烷的组成、结构和性能进行了表征. 结果表明, N—B为含硅聚硼氮烷先驱体的骨架结构, 其中, B, N主要以硼氮六环形式存在, 而Si则以Si—CH₃, Si—N形式存在. 该先驱体软化点为110 ℃, 具有优良的成型性, 在190 ℃的N₂气氛中可纺丝得到20～25 μm的有机纤维.     

新型SiBNC陶瓷先驱体——聚硼硅氮烷的合成与表征

以甲基氢二氯硅烷、三氯化硼、六甲基二硅氮烷为起始原料, 采用共缩合的方法合成了一种新型的可溶可熔的SiBNC陶瓷先驱体--聚硼硅氮烷(PBSZ). 该法合成工艺简单, 且合成收率约为91% (w%). 采用元素分析、傅立叶红外光谱、核磁共振波谱、X射线光电子能谱、动态热机械分析、热重分析等对PBSZ的组成、结构和性能进行了表征. 结果表明, 先驱体的主要骨架为-Si-N-B-, 其中, B, N以硼氮六环形式存在, 而C则以Si-CH₃形式存在. 该先驱体熔点为69 ℃, 数均分子量为10802, 分子量分散系数为1.50. 此外, 所合成的先驱体具有优良的成型性, 在80 ℃的N₂气氛中可纺丝得到15～20 μm的有机纤维, 1000 ℃时相应陶瓷产率约为63% (w%).     

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.     

陶瓷先驱体聚合物的应用

概述了几种典型的陶瓷先驱体聚合物聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚硅氧烷、聚硅烷等在陶瓷材料制备中的应用研究进展,重点阐述了在该领域所取得的研究成果,并针对目前存在的不足提出了今后的研究方向。     

紫外光固化含硼氮六环的硅硼氮碳烷陶瓷单源先驱体的合成、表征及性能研究

以氯甲基三氯硅烷、三氯化硼和六甲基二硅氮烷为原料经过一步法合成出一种新型的端基为Si-Cl 基团的含硼氮六环的硼硅氮碳烷单体: B,B',B"-三[(三氯硅基)-亚甲基]环硼氮烷(TSMB), 用2-羟基丙烯酸乙酯和乙烯基乙二醇醚对TSMB 进行功能化改性, 得到可UV 固化的陶瓷单源先驱体a-TSMB 和e-TSMB; a-TSMB 和e-TSMB 经UV 固化、1400℃下裂解2 h 最后制备出陶瓷材料C1 和C2. 采用红外光谱(FT-IR)、核磁共振波谱(NMR)、等温差示光量热分析(DPC)、实时红外光谱(RT-IR)、热失重分析(TGA)、X 射线光电子能谱(XPS)和X 射线衍射法(XRD)分别对TSMB, e-TSMB 和a-TSMB 以及陶瓷C1 和C2 的结构、组成、UV 反应性、陶瓷产率和耐高温性能进行了研究. 结果表明: a-TSMB 和e-TSMB 两种陶瓷单源先驱体分子中含有硼氮六环结构, 分子末端为丙烯酸酯或乙烯基醚官能团, 与理论设计完全相符; a-TSMB 和e-TSMB 的光聚合反应在25 s 内分别完成82%和67%, 最终双键转化率可达到90.0%和74.0%, 其陶瓷产率在1300 ℃时为57.9%和48.5%; 陶瓷材料C1 和C2 中含有Si, B, C, N, O 五种元素, 且B 元素的含量达到4.4%和4.9%, 达到耐高温陶瓷对B 元素含量的要求, 在1400 ℃时陶瓷C1 和C2 均可保持非晶态具有优异的耐高温性能.     

陶瓷先驱体——含钛聚碳硅烷凝胶渗透色谱校准方程研究

采用以气相渗透法测定了数均分子量的宽分布含钛聚碳硅烷作标样,通过计算机辅助建立了具有较低分子量和较高支化度的陶瓷先驱体聚合物——含钛聚碳硅烷的凝胶渗透色谱校准方程ｌｎＭ＝２０．９－０．８４３Ｔ。将这一方程应用于实际样品分析时,测定的数均分子量值与气相渗透法测定结果基本一致,偏差绝对值小于８．０％。钛的引入使其与聚碳硅烷本体的校准方程相差很大。     

先驱体聚合物粘结法制备SiC纳米多孔陶瓷

采用SiC纳米粉体与聚碳硅烷(PCS)为原料低压成型低温烧结制备SiC纳米多孔陶瓷,研究了PCS含量对烧成纳米多孔陶瓷性能的影响。SEM和AFM微观形貌分析表明,PCS裂解产物将SiC纳米颗粒粘结起来,烧成陶瓷内部有大量的纳米孔存在。烧成SiC纳米多孔陶瓷孔径分布呈单峰分布、孔径分布范围窄,随着PCS含量的增大烧成多孔陶瓷强度增大,但孔隙率降低、烧结过程中坯体尺寸线收缩率增大。PCS含量为20wt%时三点弯折强度为36.8MPa,孔隙率为39.5%,平均孔径为49.3 nm。     

氮化硼纤维先驱体的制备与表征

以三氯环硼氮烷为原料, 将其与正丙胺/异丙胺进行共取代反应, 制得了不同结构的取代单体, 再经热聚合反应获得了相应的聚硼氮烷先驱体. 通过分析不同正丙胺/异丙胺配比制得的聚合产物的组成与结构, 探讨了不同单体的胺基取代基对先驱体的聚合反应性及对产物结构的影响. 结果表明, 当正丙胺/异丙胺摩尔比为2∶1, 聚合温度为150 ℃, 反应时间为10 h时, 合成产物具有近似线性分子结构, 熔点为90 ℃, 具有良好的成丝性, 可获得平均直径10~20 μm, 组成为BC_1.27N_1.52H_x的先驱体纤维, 先驱体纤维再经不熔化处理及1200 ℃氨气高温煅烧等工艺可获得近化学计量比的氮化硼纤维.     

一种新BCN化合物先驱体的合成及其表征

以三聚氰胺和硼酸为原料在水溶液中反应合成了一种新的BCN化合物先驱体, 通过元素分析、XRD、FT-IR、电喷雾质谱及单晶X射线衍射对其进行了表征. 结构分析表明该化合物属单斜晶系, 化学式为C3H6N6(H3BO3)2, 是由C3H6N6分子和H3BO3分子通过氢键加合组装成的具有三维超分子结构的化合物. 将该先驱体在1900 ℃氮气气氛下热解, 对产物进行XRD和XPS表征, 结果表明得到了含碳量较低的具有乱层石墨结构的新型B3CN3化合物.     

高钒掺杂量MCM-41合成及表征

采用溶胶-凝胶法,在氨性条件下合成出高钒掺杂量介孔MCM-41。以XRD,氮气吸附/脱附,透射电镜,ICP和拉曼光谱等技术对材料的结构进行了表征。结果表明当钒硅物质的量的比达到0.14时材料仍保持规整介孔结构(尽管当钒/硅物质的量的比超过0.11时开始有V₂O₅晶体出现)。所合成材料室温下在苯的过氧化氢直接羟基化反应中表现出良好的催化性能。     

Synthesis and Characterization of Silazane-Based Polymers as Precursors for Ceramic Matrix Composites

The goal of this investigation was to optimize the synthesis of silazane-based polymers for processing fibre-reinforced ceramic matrix composites (CMCs). Liquid oligomeric silazanes were synthesized by ammonolysis of chlorosilanes and characterized spectroscopi- cally (FTIR, NMR) as well as by elemental analysis. The silazanes were obtained in high yield and purity. Different functional groups (system S1: Si—H, Si—CH₃, Si—CH=CH₂) and different degrees of branching in the Si—N backbone [system S2; Si(NH)₃, Si(NH)₂] were realized in order to study the properties of the silazanes that are dependent on the molecular structure. For processing ceramics via pyrolysis of pre-ceramic oligomers, molecular weight, rheological behaviour, thermosetting and ceramic yield were investigated systematically and correlated with the molecular structure of the silazanes. Low molecular weights (500–1000 g mol⁻¹) as well as low viscosity values (0.1–20 Pa s) enable processing of the silazanes in the liquid phase without any solvent. Due to the latent reactivity of the functional groups, curing of the polymers via hydrosilylation is achieved. Structural changes and weight loss during polymer curing as well as the organic/inorganic transition were monitored by FTIR spectroscopy and differential thermogravimetric analysis. With increasing temperature (room temperature to 800 °C) the hydrogen content decreases from 7 to < 0.5 wt% due to the formation of gaseous molecules (NH₃, CH₄, H₂). High ceramic yields up to 80% were reached by branching the oligomers, thus reducing the amount of volatile precursor fragments. Up to 1300 °C, ceramic materials remained amorphous to X-rays. At higher temperatures (1400–1800 °C) either SiC or SiC/Si₃N₄ composites were selectively crystallized, depending on the pyrolysis conditions. The utility of the optimized precursors for CMCs has been demonstrated by infiltration of fibre preforms and subsequent pyrolysis. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

Synthesis of Polydisperse Boron Carbide and Synthesis of a Ceramic on Its Basis

Russian Journal of Applied Chemistry - Results obtained in a study of the process of synthesis of a polydisperse boron carbide powder (average particle size 2.10 µm) characterized by a broad...     

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.     

多孔氧化铝及其前躯体的制备与表征

γ-Al2O3主要来源于其前驱体勃姆石(AlOOH),由于具有高的比表面积,常作为催化剂载体和吸附剂。该文以Al(NO)3·9H2O和NaOH为原料,采用溶胶凝胶法制备出了高比表面积的AlOOH,经过热处理得到丛状的多孔性γ-Al2O3。并利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)和N2吸附-脱附技术对所得的产物进行表征。