聚碳硅烷高温陶瓷化过程及机理探究

"聚碳硅烷的高温陶瓷化机理 (2014年)，通过TG-DTA,IR,XRD和SEM等测试方法分析了聚碳硅烷(PCS)的热分解过程，研究其在真空高温条件下的物相成分和晶形变化。" 聚碳硅烷（PCS）是一种重要的陶瓷前驱体，广泛应用于制备高性能的C/SiC复合材料。该研究深入探讨了PCS在高温条件下的陶瓷化机理，这对于理解其转化为陶瓷材料的过程至关重要。通过对PCS进行热重差热分析（TG-DTA）、红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等实验，科学家们揭示了其在不同温度下的分解和转化规律。 首先，PCS的质量损失主要集中在300~700℃的范围内，这一阶段主要是小分子聚合物和裂解产生的碎片挥发。在300~450℃时，由于Si-H和C-H键的断裂，产生了氢气和烷烃等气体。随着温度的进一步升高，至450~650℃，PCS开始经历有机到无机的转变，其裂解产物展现出无机特性的迹象。 在650~900℃区间，PCS的有机结构基本消失，转变为无定形的碳化硅（a-SiC）。这个过程是PCS陶瓷化的关键步骤，因为无定形SiC的形成标志着前驱体的大部分有机成分已经分解。当温度升至900~1200℃，裂解产物完全失去了有机特征，PCS成功转化为无定形SiC。 超过1200℃后，SiC开始结晶，形成β-SiC和α-SiC两种晶型。随着温度的提升，SiC的结晶度增加，晶粒也随之长大。值得注意的是，在2000℃时观察到了SiC的升华现象，表明在高温下部分SiC可能以气态形式存在。此外，2000℃时的XRD分析显示在PCS的陶瓷化过程中，碳（C）有一定的富余。 PCS的陶瓷化是一个复杂的过程，涉及多步化学反应和物理变化。这些发现对于优化C/SiC复合材料的制备工艺，提高其性能有着重要的理论指导意义。通过精确控制热处理温度和时间，可以有效地调控最终陶瓷材料的微观结构和性能，从而满足不同应用领域的需求。