sialcn陶瓷先驱体的研究（可编辑）

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1、SiAlCN陶瓷先驱体的研究国防科学技术大学硕士学位论文Si-Al-C-N陶瓷先驱体研究姓名蔡溪南申请学位级别硕士专业高分子化学与物理指导教师谢征芳2010-11国防科学技术大学研究生院硕士学位论文摘要航空航天兵器能源等高技术领域的快速发展对轻质耐高温材料提出了迫切需求单纯的SiC陶瓷越来越难于满足耐超高温度的使用要求人们在SiC陶瓷中引入其它元素形成复相陶瓷以提高陶瓷的耐高温性能Si-B-C-N体系陶瓷中由于B元素的引入其高温性能得到很大的提高但由于B元素在高温氧化环境下易生成挥发性的BBO限制了其在氧化环境中的应用23Al是与B同主族的元素其原子尺寸与Si原子相

2、差不大且AlN与SiC具有相似的晶格常数能够形成固溶体具有较好的耐高温和抗氧化性本文选用甲基乙烯基二氯硅烷和含有Al-H的铝烷二异丁基氢化铝为原料合成Si-Al-C-N陶瓷先驱体对先驱体的合成工艺组成结构反应机理交联及陶瓷化过程进行了研究并研究了Si-Al-C-N陶瓷的组成结构及耐高温和抗氧化性能通过先驱体的分子设计与计算确定了先驱体的合成路线即先将氯硅烷通过氨气氨解得到聚硅氮烷再将聚硅氮烷与铝烷利用Al-H与N-HAl-H与CC和Al-C与N-H等机理合成Si-Al-C-N先驱体先驱体的合成工艺研究表明Si-Al-C-N先驱体较佳的合成工艺为原料中SiAl1反应温

3、度为室温反应时间为24h合成的先驱体的产率834为淡黄色粘稠状的液体分子量为300800能够溶于四氢呋喃苯甲苯二甲苯氯仿等有机溶剂易与水醇等物质反应而交联先驱体的组成结构研究表明合成的先驱体中主要由SiCAlNH等元素组成主要成键基团为Si-CSi-NAl-NAl-C推测主要的合成反应机理为Al-H与N-H的脱氢耦合反应先驱体的交联研究主要采用热交联和催化交联HPtClHO和DCP两种方式262合适的交联工艺为采用DCP交联DCP添加量为10wt交联温度为140℃交联时间为12h交联产物为淡黄色的致密的透明的固体凝胶含量为883Si-Al-C-N陶瓷先驱体的裂解过程

4、大体可以分为三步残留溶剂的逸出及小分子的脱除阶段200℃以下初步陶瓷化阶段200600℃和深度陶瓷化及SiC等晶粒长大阶段600℃以上Si-Al-C-N先驱体的裂解特性表明当SiAl1时陶瓷产率为491不同的升温速率对先驱体的裂解有很大影响升温速率越快陶瓷产率越低XRD分析表明Si-Al-C-N陶瓷先驱体裂解时其主要无定形结构可以保持到1500℃1600℃才有比较明显的结晶峰AlN的结晶峰也在1600℃才比较明显裂解动力学研究表明先驱体裂解过程中第一阶段的表观活化能为1006kJmol属于由Ginstiling-Brounshtein方程主导的三维扩散过程第二阶段的

5、第i页国防科学技术大学研究生院硕士学位论文表观活化能为2195kJmol为属于由AvramiEqII控制的随机成核过程第三阶段的表观活化能为3893kJmol该阶段为随机成核部分粒子成为成核的中心的过程Si-Al-C-N陶瓷耐高温性能研究表明Si-Al-C-N陶瓷具有比较好的耐高温性在惰性气氛保护下1800℃处理之后的陶瓷产物的失重为83wt1500℃时β-SiC的晶粒尺寸只有231nm升温到1600℃以上有AlN和α-SiC结晶生成AlN与SiC晶格尺寸比较接近能够形成固溶体Si-Al-C-N陶瓷抗氧化性能研究表明Si-Al-C-N陶瓷的抗氧化性能也比较优异在空气

6、中高温氧化处理之后Si-Al-C-N陶瓷的重量并无明显变化XRD的结果显示氧化后陶瓷中的晶粒种类及大小并无明显变化1200℃以上氧化处理之后通过SEM分析发现Si-Al-C-N陶瓷表面生成了一层以AlO为主要成分的氧化23层元素分析结果表明陶瓷的元素组成基本不变陶瓷的抗氧化性能好关键词Si-Al-C-N先驱体甲基乙烯基二氯硅烷二异丁基氢化铝陶瓷耐高温性能抗氧化性能第ii页国防科学技术大学研究生院硕士学位论文ABSTRACTWiththedevelopmentofhightechniqueareassuchasaviationaerospaceweaponsenerg

7、yetcadvancedmaterialswithhightemperatureresistanceandexcellentoxidationresistanceathightemperatureareurgentlyrequiredThegrainsinthepureSiCceramicsgrowrapidlywithincreasingthetemperatureItisdifficulttomeettheapplicationrequirementsunderultra-hightemperatureToimprovethehightemperaturer