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PIP工艺制备陶瓷基复合材料中先驱体的交联固化研究

陈曼华  
【摘要】:本文针对先驱体转化法制备陶瓷基复合材料中先驱体交联反应程度和先驱体活性基团反应率低的问题,采用红外光谱、热分析、扫描电子显微镜等手段,系统地研究了有机硅先驱体热交联过程,明确了不同先驱体提高交联反应程度的主要途径,并将所研究的交联工艺应用于聚硅氮烷(PSZ)先驱体陶瓷基复合材料的制备。 为了提高陶瓷基复合材料构件表面的抗氧化性和隔热性,采用紫外光固化法和高温裂解法,研究了不同先驱体的光固化反应过程以及固化膜转化为陶瓷涂层工艺条件。 本文首次提出了聚碳硅烷(PCS)在DVB中分散性决定交联反应程度的机理,较好地解决了PCS制备陶瓷基复合材料中浸渍、交联的问题,陶瓷产率显著提高。研究结果表明,在DVB溶液中,只有少数支化程度低或线性分子链的PCS溶解,大多数支化度高、环状分子链的PCS以大小不同的胶团形态分布在DVB中。提高PCS在DVB中分散性是增加PCS中Si-H反应活性、增加交联程度和陶瓷产率的有效途径。可以通过升高溶解温度,应用相容性好的助溶剂和降低PCS分子量等方法提高PCS在DVB中的分散性。升高溶解温度可以促进环状PCS分子在DVB中的溶解性,应用相容性好的助溶剂可以增加PCS在DVB中的溶解度。降低PCS分子量可以同时增加PCS在DVB中的溶解度和Si-H反应活性。 首次研究发现了PCS在200~400℃后期交联反应中,不同升温速度交联所对应的陶瓷结构不同,快速升温的PCS交联产物,其陶瓷结构主要缺陷为气孔,无明显的裂纹。慢速升温的交联产物,其陶瓷结构主要缺陷为裂纹,除大的裂纹外,局部结构非常致密。该结构图在他人的论文中被多次引用,成为陶瓷基复合材料中纤维损伤机理研究和快速升温裂解法制备高性能陶


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