先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備SiAlCN陶瓷及其電性能研究.pdf

1、航空航天等領(lǐng)域常涉及高溫、強(qiáng)電磁干擾等極端工作環(huán)境，如何在此條件下瞬時(shí)、精確實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量感知和測(cè)量，一直是困擾科學(xué)界和工業(yè)界的難題。同時(shí)，特殊的應(yīng)用背景也對(duì)在此環(huán)境下工作的傳感器材料提出了很高要求。以PDCs-Si為代表的現(xiàn)代陶瓷材料因其具有耐高溫，抗腐蝕，密度高，硬度小的特點(diǎn)。且具有獨(dú)特的電性能，例如不同裂解溫度下體現(xiàn)出不同電性能，且半導(dǎo)體性能能夠保持到很高溫度等特點(diǎn)使其成為電子，信息，宇航等高技術(shù)領(lǐng)域關(guān)鍵部件的理想材料。其中，在Si

2、CN三元體系的基礎(chǔ)上發(fā)展出的SiAlCN四元體系的整體性能較之SiCN三元體系又有了極大提升，是應(yīng)用于極端環(huán)境傳感器材料的不二之選。
　　本文首先從SiAlCN先驅(qū)體的合成入手，選用含有C=C，Si-H鍵的直鏈狀聚硅氮烷與異丙醇鋁為原料，在惰性氣體保護(hù)下，嚴(yán)格控制水氧值，合成得到SiAlCN先驅(qū)體。進(jìn)而對(duì)先驅(qū)體進(jìn)行分析表征，得到了先驅(qū)體合成過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)機(jī)理。并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行先驅(qū)體的交聯(lián)固化與裂解。對(duì)先驅(qū)體在不同溫度下的固化產(chǎn)

3、物進(jìn)行表征，分析固化過(guò)程中發(fā)生的主要反應(yīng)類型，得到交聯(lián)固化機(jī)理。
　　之后，改進(jìn)了塊體材料的制備工藝。在目前廣泛使用的干壓成型的基礎(chǔ)上，對(duì)制備工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，增加冷等靜壓成型工序，消除干壓?jiǎn)蜗蚴軌骸⑹簬?lái)的內(nèi)部壓力梯度，得到內(nèi)部均勻且較為致密的坯體。在一定升溫速率條件下，對(duì)坯體裂解成型，并對(duì)比分析了傳統(tǒng)干壓成型工藝和經(jīng)優(yōu)化后所得到的試樣特征。通過(guò)應(yīng)用XRD，XPS，F(xiàn)T-IR，拉曼等分析測(cè)試手段對(duì)陶瓷化過(guò)程進(jìn)行了分析表征，獲取

4、隨溫度升高的微觀組織結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，并且闡釋了鋁元素含量對(duì)微觀組織結(jié)構(gòu)演變的影響。
　　最后，分析和表征PDCs-SiAlCN材料的電性能。闡釋了結(jié)晶態(tài)與非晶態(tài)試樣電導(dǎo)率隨溫度變化的規(guī)律與機(jī)理，同時(shí)探究了鋁元素對(duì)電性能的影響規(guī)律。
　　本文通過(guò)對(duì)PDCs-SiAlCN體系先驅(qū)體的合成，交聯(lián)固化，裂解一系列過(guò)程進(jìn)行了分析表征，探究了陶瓷化過(guò)程，闡釋了SiAlCN體系的導(dǎo)電機(jī)理，對(duì)PDCs-SiAlCN體系陶瓷材料在傳感器方向的應(yīng)