聚氮甲基硼硅氮烷前驅體纖維熱解過程及Si-B-N-C陶瓷纖維結構與性能表征.pdf

1、硅硼氮碳(Si-B-N-C)陶瓷纖維是一種兼具耐高溫性、抗高溫氧化性、抗蠕變性，高強度、吸波等優(yōu)點于一身的新型結構/功能一體化陶瓷纖維，一方面，它可以作為增強相應用于連續(xù)陶瓷纖維增強陶瓷基復合材料，有效的解決陶瓷材料脆性的應用瓶頸。另一方面，也能滿足現(xiàn)代軍事對于結構性吸波材料的要求。
　　 Si-B-N-C陶瓷纖維的性能主要決定于前驅體纖維本身的性能和熱解過程中對結構變化、微觀形態(tài)、元素組成等因素的控制，而后者則基于對熱解過程中

2、每一階段發(fā)生的化學變化和機理的研究。
　　 因此，本文通過傅立葉紅外光譜(FTIR)、固體核磁共振光譜(13C，29SiNMR)、元素分析(EA)、透射電鏡(TEM)、X射線光電子能譜(XPS)等一系列表征手段系統(tǒng)的研究了從聚氮甲基硼硅氮烷前驅體纖維通過不熔化處理及高溫熱解得到Si-B-N-C陶瓷纖維的過程，并對Si-B-N-C陶瓷纖維的結構與性能進行了表征。主要結果如下:
　　 1.不熔化處理階段:聚氮甲基硼硅氮烷前驅

3、體纖維最佳的不熔化處理條件是，使用氨氣氣氛，在280℃下連續(xù)處理6小時，得到不熔化處理后的纖維之間不粘連，相比于前驅體纖維，交聯(lián)度和熱穩(wěn)定性都有所提高。這個階段主要發(fā)生的是-NH(CH3)活性基團與氨氣中的N-H鍵發(fā)生縮聚反應并脫除，同時-NH(CH3)基團自身進行自縮聚，放出甲胺小分子，分子間形成較穩(wěn)定的網(wǎng)狀結構。
　　 2.高溫熱解陶瓷化轉變階段:這個階段使用的是氮氣，分子鏈上脫去末端的有機基團，主要以甲烷形式放出，同時，分

4、子內(nèi)主要形成了Si3N3六元環(huán)和SiN2B四元雜環(huán)結構;熱穩(wěn)定性好，1000℃以上除了少量的脫氫反應外，幾乎沒有熱失重;纖維始終保持無定形態(tài)，
　　 3.Si-B-N-C陶瓷纖維的結構與性能:熱解后得到的Si-B-N-C陶瓷纖維具有優(yōu)異的耐高溫性和高溫抗氧化性。一方面，Si-B-N-C陶瓷纖維呈無定型態(tài)，致密度好，纖維表面光滑，截面無缺陷;另一方面，Si-B-N-C陶瓷纖維經(jīng)高溫氧化處理后會形成多層“皮芯”結構，有利的保護了陶瓷