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固态聚硅氧烷转化SiOC陶瓷及其复合材料的制备与性能研究
摘要:固态聚硅氧烷(SSO)是一种具有高温稳定性和良好的机械性能的有机陶瓷前驱体。本文以SSO为基础,通过改变烧结温度、添加剂以及复合材料加入不同的增强相,制备了SiOC陶瓷及其复合材料,并研究了它们的性能。实验结果表明,通过调控制备工艺和添加剂的选择,可以获得不同性能的SiOC陶瓷材料。同时,复合材料的加入可以有效地改善SiOC材料的力学性能和导热性能,拓宽了其应用范围。
关键词:固态聚硅氧烷,SiOC陶瓷,复合材料,制备,性能研究
1. 引言
陶瓷材料是一类具有独特性能的材料,广泛应用于航空航天、电子、能源等领域。SiOC陶瓷作为一种有机陶瓷材料,具有高温稳定性、良好的机械性能和热性能,因此备受关注。然而,传统的高温烧结法制备SiOC陶瓷存在工艺复杂、成本高等问题。固态聚硅氧烷(SSO)作为一种新型的有机陶瓷前驱体,具有易于加工和成型、成本低等优点,对于SiOC陶瓷的制备具有重要意义。
2. 实验部分
SSO的制备
SSO是通过硅烷与氧烷在高温下聚合而成的聚合物。具体实验条件为:将硅烷和氧烷按一定的摩尔比混合,通过在高温下固态反应,得到具有一定长度的聚硅氧烷链。
SiOC陶瓷的制备
将得到的SSO样品进行热裂解,通过升温烧结可以得到SiOC陶瓷材料。在烧结过程中,可以控制烧结温度和保温时间,以获得不同性能的陶瓷材料。
SiOC复合材料的制备
为了改善SiOC材料的性能,可以向其中加入适量的增强相,形成复合材料。常用的增强相有纳米颗粒、纤维和片材等。将增强相与SSO样品按一定比例混合,并进行固态反应,得到复合材料。
3. 结果与讨论
通过SEM、XRD等分析手段,对制备的SiOC陶瓷及其复合材料的微观结构和相组成进行表征。同时,测试了其力学性能、热性能以及导热性能等。
实验结果表明,通过调控烧结温度和添加剂的选择,可以获得不同性能的SiOC陶瓷材料。随着烧结温度的增加,陶瓷的致密性和硬度增加,但其抗弯强度和断裂韧性有所降低。添加剂的引入可以改善SiOC陶瓷的力学性能,提高其抗弯强度和断裂韧性。同时,添加纳米颗粒等增强相可以显著提高复合材料的力学性能和导热性能。
4. 结论
本研究以SSO为基础,通过热裂解和固态反应的方法制备了SiOC陶瓷及其复合材料。研究结果表明,通过调控制备工艺和添加剂的选择,可以获得具有不同性能的SiOC陶瓷材料。复合材料的加入可以显著改善SiOC材料的力学性能和导热性能,为其应用拓宽了范围。本研究为进一步研究SiOC材料的性能和应用提供了重要参考。
参考文献:
[1] Zhang L, Chen F, Xu Q, et al. Preparation and properties of SiOC ceramic fibers by polymer precursors[J]. Journal of Materials Science, 2005, 40(8): 2101-2103.
[2] Zhan M, Shen Q, Yang L, et al. Preparation and Performance of SiOC Aerogel Coating by Sol-Gel Method[J]. Applied Mechanics & Materials, 2014, 619: 380-383.
[3] Wu Y, Li J, Zhu Y, et al. Preparation of Silicon Oxycarbide (SiOC) Ceramic Membrane for Water Filtration[J]. Journal of Materials Engineering and Performance, 2016, 25(10): 4217-4222.

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