聚碳硅烷的改性及其抑晶行為研究.pdf

1、采用陶瓷先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備碳化硅（SiC）陶瓷纖維具有拉伸強(qiáng)度高、模量高、纖維直徑小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航天、航空、以及其它耐高溫應(yīng)用領(lǐng)域。但是通過(guò)該方法制備出的SiC陶瓷在耐高溫性能上的表現(xiàn)通常很難達(dá)到使用預(yù)期。主要是因?yàn)镾iC陶瓷中存在的富余C和富余O對(duì)其高溫結(jié)晶會(huì)產(chǎn)生不利影響，無(wú)定形結(jié)構(gòu)Si—C—O會(huì)分解為SiO、CO和C，其中SiO和C會(huì)進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)生成新的β-SiC相，新生成SiC相會(huì)在已結(jié)晶的β-SiC晶界處結(jié)晶長(zhǎng)大，從而撐破

2、晶界，導(dǎo)致材料的熱穩(wěn)定性低于理論值。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴使用低溫等離子體處理技術(shù)，改性聚碳硅烷的反應(yīng)活性，采用紅外光譜（FT-IR）對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，并通過(guò)熱重分析（TGA）對(duì)改性產(chǎn)物進(jìn)行陶瓷產(chǎn)率分析；⑵引入具有抑晶作用的異種元素B、Al，改善SiC先驅(qū)體聚碳硅烷（PCS）的高溫?zé)岱€(wěn)定性，以頻那醇硼烷（PIN-BH）為硼源，以乙酰丙酮鋁（Al(AcAc)3）為鋁源，在N2氣氛下，以二甲苯為溶劑，分別與PCS進(jìn)行縮合反

3、應(yīng)，合成了化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的含B、Al聚碳硅烷（B-PCS、Al-PCS），將PCS、PIN-BH以及PCS、Al(AcAc)3在不同工藝條件下進(jìn)行回流反應(yīng)，研究并確定其最佳改性工藝；⑶研究B改性PCS，為除去反應(yīng)物PIN-BH，對(duì)B-PCS進(jìn)行300℃熱處理，并在Ar氣氛下燒結(jié)成為SiC陶瓷，通過(guò)FT-IR和核磁共振氫譜（1H-NMR）表征了B-PCS分子結(jié)構(gòu)中的含B基團(tuán)，通過(guò)凝膠滲透色譜（GPC）表征了B-PCS的交聯(lián)行為以及分子量及其

4、分布，通過(guò)X射線衍射儀（XRD）表征了B-PCS陶瓷產(chǎn)物的抑晶行為；⑷低溫等離子處理使PCS中Si—H鍵的含量增加；⑸B改性PCS的最佳工藝為：PIN-BH投料配比10％wt，反應(yīng)時(shí)間5h，反應(yīng)溫度110℃，陶瓷產(chǎn)率為相較于PCS從78.7%上升至90.1%，數(shù)均分子量M n從4818上升至5123，分子量分布變寬；⑹B-PCS分子側(cè)鏈中存在含B基團(tuán)；B-PCS在1400℃的燒結(jié)產(chǎn)物存在無(wú)定形SiC結(jié)構(gòu)，而PCS燒結(jié)產(chǎn)物中并不存在，說(shuō)明