Si-B-C-N系陶瓷的新型合成方法及其氧化动力学研究

Si-B-C-N陶瓷作为一种新型的高温陶瓷材料，由于其具有抗氧化性好、抗蠕变能力强、热膨胀系数低、高温玻璃态黏度大等优点，因而在航空航天等领域具有良好的应用潜力。其中，该陶瓷是迄今非氧化物陶瓷中氧化速率最小的材料。目前，Si-B-C-N陶瓷有机先驱体的合成仍存在工艺复杂、先驱体不能在空气中稳定存在等问题。而且Si-B-C-N陶瓷的高温氧化动力学的研究很少，对其抗氧化机理的研究仍很不充分。为此，本申请拟研制合成工艺简单、能在空气中稳定存在的Si-B-C-N陶瓷先驱体，并进一步研究Si-B-C-N陶瓷在不同组成及氧化条件下的氧化动力学；探讨高温下元素在陶瓷中的扩散规律与机制，揭示其具有优异抗氧化性能的机理。该研究不仅可以丰富和完善陶瓷材料高温损伤方面的理论体系，而且为新型Si-B-C-N陶瓷的优化设计及其在高温结构与防热领域的应用提供理论支持和实验佐证，因此具有重要的学术价值和广阔的应用前景。

Si-B-C-N陶瓷作为一种新型的高温陶瓷材料，由于其具有抗氧化性好、抗蠕变能力强、热膨胀系数低、高温黏度大等优点，因而在航空航天等领域具有良好的应用潜力。其中，该陶瓷是迄今非氧化物陶瓷中氧化速率最小的材料。本项目采用新型的原材料和溶剂，合成出了Si-B-C-N陶瓷先驱体，该方法具有元素配比方便可调的特点。同时，采用该先驱体成功制备出直径为只有1~2m的Si-B-C-N纤维。非晶态Si-B-C-N粉末的烧结致密化比较困难。在80 MPa压力的作用下，只有当温度高于约1830C时，粉末颗粒才会发生明显的塑性变形，并因此促使材料发生显著的烧结。同时，非晶态Si-B-C-N粉末的起始结晶温度约为1485C。热压烧结制备的陶瓷材料主要由晶粒尺寸约为100 nm左右的β-SiC、α-SiC和BN(C)构成，各物相在材料中均匀分布。其中BN(C)相没有固定的形状，具有湍层结构，是由湍层氮化硼，湍层石墨和硼原子参杂的湍层石墨构成的。SiC和BN(C)是通过各自密排面的有序堆垛、相邻晶粒的合并等方式来实现晶粒生长的。热压烧结制备的Si-B-C-N复相陶瓷具有优异的抗氧化性能。.本项目共发表学术论文9篇，其中SCI检索8篇，EI检索8篇；申请国家发明专利5项（授权2项）；研究成果4次在国际会议上以分会邀请报告形式报道。本研究不仅丰富和完善了陶瓷材料高温损伤方面的理论体系，而且为新型Si-B-C-N陶瓷的优化设计及其在高温结构与防热领域的应用提供理论支持和实验佐证，因此具有重要的学术价值和广阔的应用前景。