非氧化物体系高温微晶玻璃的制备及其特性研究

微晶玻璃是一种用途广泛的高性能无机非金属材料，但是目前只有氧化物体系，这限制了其高温应用。本项目提出一种全新的高共价键碳氮化合物体系微晶玻璃。采用聚碳硅烷和聚硼硅氮烷有机合金为典型研究体系，通过高温裂解无机化，形成具有微区成分差异的非氧化物非晶体，由于SiC区与SiBCN区的析晶能力不同，通过适当的析晶热处理在致密的SiBCN非晶基体中析出SiC微晶，制备SiC/SiBCN微晶玻璃。本研究阐明二元前躯体合金的无机化过程及其非晶体的致密化特性；揭示非均匀高共价键体系的析晶规律及其影响因素；通过控制成分微区分散状况实现微晶玻璃微结构的控制，揭示微结构对微晶玻璃高温力学特性及高温稳定性的影响规律。该项目提出了一种非氧化物微晶玻璃的制备技术，开辟了一个新的高温无机非金属材料体系，为研究一类新型高温微晶玻璃材料提供理论指导。该类材料可作为高速飞行器热结构、热防护材料的新型候选材料。

微晶玻璃是一种用途广泛的高性能无机非金属材料，但是目前只有氧化物体系，限制了其高温应用。本项目提出一种全新的高共价键碳氮化合物体系微晶玻璃，以聚碳硅烷（PCS）/聚硼硅氮烷（PBS）合金转化制备SiC/SiBCN高温微晶玻璃为代表，通过高温裂解无机化，形成具有微区成分差异的非氧化物非晶体，由于SiC区与SiBCN区的析晶能力不同，通过适当的析晶热处理在致密的SiBCN非晶基体中析出SiC微晶，制备SiC纳米晶均匀弥散在SiBCN非晶中的SiC/SiBCN微晶玻璃。本项目系统地研究了先驱体PCS（聚碳硅烷）、PBS（聚硼硅氮烷）、PSZ（聚硅氮烷）、PAS（聚铝硅氮烷）以及二元合金体系（PCS/PBS、PCS/PAS、PCS/PSZ）的裂解陶瓷化过程及致密化过程，以及析晶化热处理对SiC/SiBCN、SiC/SiCN、SiC/SiAlCN微晶玻璃的微观结构与致密化的影响；了解、掌握了二元有机物合金的制备、陶瓷化过程、析晶特性及致密化的特点及其影响因素，获得了SiC纳米晶均匀分散于非晶基体中的较致密非氧化物微晶玻璃；结合裂解产物的析晶特性和微观结构，优化了微晶玻璃制备的工艺；并初步探讨了微晶玻璃的力学性能、高温稳定性、导电性能及抗氧化性能。测试结果显示，SiC纳米晶的析出，提高了微晶玻璃的弹性模量和硬度；微晶玻璃的电导率也随着无机化增强而升高，随着析晶的进行和自由碳sp2/sp3比例的增大，电导率继续增大。.本研究提出的非氧化物微晶玻璃制备技术，为制备高性能高温陶瓷基复合材料以及高位涂层等开辟了一个新的途径和思路，具有广泛应用价值和理论指导意义。