聚碳硅烷交聯(lián)-成型-熱解合成三維碳化硅陶瓷.pdf

1、碳化硅陶瓷(SiC)具有高熔點(diǎn)、高硬度、高彈性模量、低熱膨脹系數(shù)，廣泛應(yīng)用于高溫部件、軸承以及抗腐蝕材料等方面。制備SiC陶瓷的傳統(tǒng)方法是以SiC粉為原料，加入氧化物燒結(jié)助劑，通過高溫液相燒結(jié)，熱壓或熱等靜壓(HIP)燒結(jié)。該方法需高燒結(jié)溫度、熱壓、等靜壓制備技術(shù)，同時(shí)引入燒結(jié)助劑會(huì)降低陶瓷高溫性能。 前驅(qū)體路徑是制備陶瓷的一種新方法，其過程為對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行交聯(lián)、成型，在～1000℃惰性氣氛中熱解。與傳統(tǒng)液相燒結(jié)獲得的多晶體陶瓷結(jié)

2、構(gòu)不同，在800～1000℃熱解獲得的前驅(qū)體陶瓷為無定形態(tài)結(jié)構(gòu)，材料具有高溫性能。目前大部分研究集中于制備SiCN三元系統(tǒng)，但是SiCN在高溫處理?xiàng)l件下氮會(huì)脫出，導(dǎo)致材料分解，因此研究在無需燒結(jié)助劑的條件下通過前驅(qū)體路徑常壓制備二元相SiC陶瓷十分重要。 本工作采用聚碳硅烷(PCS)作為前驅(qū)體，對(duì)其交聯(lián)、成型、熱解成功地制備出三維致密SiC陶瓷。研究表明：對(duì)PCS進(jìn)行預(yù)氧化處理(即交聯(lián)處理)是獲得致密陶瓷的關(guān)鍵。經(jīng)預(yù)氧化處理的P

3、CS經(jīng)成型、熱解形成致密SiC陶瓷體，而未經(jīng)預(yù)氧化的PCS經(jīng)成型、熱解后形成發(fā)泡體。同時(shí)，熱成型中升溫和加壓的順序也顯著影響成型交聯(lián)體的鍵聯(lián)質(zhì)量，進(jìn)而影響著熱解陶瓷體的鍵聯(lián)質(zhì)量。在最佳預(yù)氧化和熱成型條件下獲得的SiC陶瓷密度達(dá)2.20g/cm3，相對(duì)于前驅(qū)體SiOC陶瓷體的理論密度2.3g/cm3，相對(duì)密度達(dá)96％，表明形成的陶瓷接近完全致密。掃描電子顯微鏡(SEM)觀察陶瓷體斷面致密，但存有～2μm的氣孔。X射線衍射(XRD)分析表明

4、熱解陶瓷為無定形結(jié)構(gòu)，所制備的陶瓷體的維氏硬度達(dá)1982kg/mm2。非晶SiC陶瓷體經(jīng)1300℃加熱處理5h形成晶粒度為5nm的納米相β-SiC，該納米相SiC陶瓷的硬度達(dá)到2316kg/mm2。 為探討激光燒結(jié)前驅(qū)體陶瓷可行性，用激光對(duì)熱壓PCS坯體、熱壓Ceraset(商業(yè)前驅(qū)體，Kion公司)坯體、含氫聚硅氧烷(HPSO)與四甲基四乙烯基環(huán)四硅氧烷(D4Vi)按1:1配比成型凝膠體，以及加入第三相聚二甲基硅氧烷(PDMS