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188宝金博页面版: 全氢聚硅氮烷的合成与表征

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内容提示: 文章编号 :1001 - 2486(2005)06 - 0014 - 04全氢聚硅氮烷的合成与表征Ξ齐共金 ,张长瑞 ,胡海峰 ,曹   峰 ,王思青 ,姜勇刚(国防科技大学 航天与材料工程学院 ,湖南 长沙   410073)摘   要 :采用二氢二氯硅烷氨解法合成了氮化硅陶瓷先驱体全氢聚硅氮烷 ,并用红外光谱、 凝胶渗透色谱、 热重、 X射线衍射和元素分析等进行了表征。所合成的先驱体低聚物的分子骨架为[SiH2NH]n,数均分子量为 106 ,重均分子量为 178。固化后的先驱体在氮气下 1000 ℃ 裂解转变为棕色粉末 ,陶瓷产率 78wt %。将陶瓷产物在氮气下 1400 ℃ 处理后 ,其主要成分为α - Si3N4,...

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文章编号 :1001 - 2486(2005)06 - 0014 - 04全氢聚硅氮烷的合成与表征Ξ齐共金 ,张长瑞 ,胡海峰 ,曹   峰 ,王思青 ,姜勇刚(国防科技大学 航天与材料工程学院 ,湖南 长沙   410073)摘   要 :采用二氢二氯硅烷氨解法合成了氮化硅陶瓷先驱体全氢聚硅氮烷 ,并用红外光谱、 凝胶渗透色谱、 热重、 X射线衍射和元素分析等进行了表征。所合成的先驱体低聚物的分子骨架为[SiH2NH]n,数均分子量为 106 ,重均分子量为 178。固化后的先驱体在氮气下 1000 ℃ 裂解转变为棕色粉末 ,陶瓷产率 78wt %。将陶瓷产物在氮气下 1400 ℃ 处理后 ,其主要成分为α - Si3N4,并含有少量富余硅 ,化学经验式为 SiN1.036O0.060C0.028。陶瓷产物在氮气下 1600 ℃ 处理后的 X射线衍射谱图表明 ,游离硅已基本消失 , α - Si3N4衍射峰加强 ,但是没有观察到从α - Si3N4 到β - Si3N4 的相转变。关键词 :全氢聚硅氮烷 ;陶瓷先驱体聚合物 ;合成 ;表征 ;裂解 ;氮化硅中图分类号 :O627    文献标识码 :ASynthesis and Characterization of PerhydropolysilazaneQI G ong2jin ,ZHANGChang2rui ,HU Hai2feng , CAO Feng , WANG Si2qing , JIANG Y ong2gang(College of Aerospace and Material Engineering , National Univ. of Defense Technology , Changsha 410073 ,China)Abstract: Perhydropolysilazane , a preceramic polymer for silicon nitride ceramics , was synthesized by the ammonolysis ofdichlorosilane and characterized by FT2IR , GPC, TG, XRD and elemental analysis. The main backbone of the as2synthesized precursoroligomer was [SiH2NH]n, with a number average molecular weight of 106 and a weight average molecular weight of 178. The curedprecursor polymer was converted into brown ceramic powder after pyrolysis at 1000 ℃in nitrogen atmosphere , and the ceramic yield was78wt %. X2ray patterns showed that the main phases of the polymer2derived ceramic product at 1400 ℃in nitrogen atmosphere wereα - Si3N4 and some free silicon , and the empirical chemical formula for the product was SiN1.036O0.060C0.028 by elemental analysis. Afterfurther treatment at 1600 ℃in nitrogen atmosphere , extremelyweak diffraction peaksfor free silicon and intense peaksforα - Si3N4wereobserved by XRD patterns , however , there was no phase transition fromα - Si3N4toβ - Si3N4all along.Key words:perhydropolysilazane; preceramic polymer; synthesis; characterization; pyrolysis; silicon nitride氮化硅陶瓷具有良好的高温力学性能和抗热震性能 ,是航空航天热防护与热结构领域重要的候选材料。近年来 ,利用有机先驱体聚合物转化法制备氮化硅基陶瓷成为化学与材料研究领域的一个热点计。但是 ,有些先驱体不溶或不熔 ,无法用来制备陶瓷纤维及其复合材料。1983 年以来 ,Seyferth 和 Arai等人制备出高纯氮化硅陶瓷微粉和纤维。尽管合成聚硅氮烷有卤硅烷氨解、 开环聚合、 催化脱氢偶合等多种方法先驱体状态和产率等因素 ,用 H2SiCl2 氨解较为理想学品 ,对水、 氧均十分敏感 ,且氨解时副产物极易堵塞管路 ,所以合成 PHPS 仍有很大难度。PHPS 作为氮化硅先驱体的研究仅 20 年历史 ,研究论文非常有限 ,特别是在 PHPS 裂解热力学、 动力学以及陶瓷基复合材料研究等方面PHPS转化氮化硅陶瓷在航空航天领域具有重要的应用前景 ,但是迄今为止在国内尚未见到有关[1~6],该方法能在较低的温度下进行 ,并且通过陶瓷先驱体的分子设计可实现对氮化硅陶瓷材料的设[7 ,8]分别利用二氯硅烷氨解法制备出液态或可溶的全氢聚硅氮烷(Perhydropolysilazane , PHPS) ,从而[9],但合成 PHPS的最直接方法仍是氯硅烷(HnSiCl4 - n , n = 0 ,1 ,2)氨解法 ,综合考虑反应可操作性、[10~12]。即便如此 ,H2SiCl2 是一种易燃易爆的危险化[13~17]。Ξ 收稿日期:2005 - 07 - 16基金项目:国防预研基金资助项目作者简介:齐共金(1978 — ) ,男 ,博士生。国  防  科  技  大  学  学  报   第 27 卷第 6 期         JOURNAL OF NATIONAL UNIVERSITYOF DEFENSE TECHNOLOGY    Vol.27 No.6 2005

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