以生物质原料制备碳－硅（钛）复合材料的研究

研究一种以生物质资源为原料制备低成本碳－硅（钛）复合材料的新方法。先用特殊的方法处理一定尺寸杉木粉，使之充分显现和疏通内部规整排列的孔道空间结构，再用溶胶-凝胶制备杂化材料的方法在管胞孔道内原位生成纳米尺寸的二氧化硅（或二氧化钛）。使前驱物在水解过程中形成的羟基与木粉孔道内表面的羟基等基团反应成键，形成具有增强作用的夹芯纤维状无机氧化物/木粉杂化复合材料颗粒。将杂化复合材料颗粒预碳化后，用成碳率很高的聚合物树脂浸渍，然后模压成型加工，进一步探索将与这种无机物－木粉杂化颗粒复合的的高成碳率聚合物制品，进行预氧化和高温碳化处理的适宜条件，制成低成本的碳－硅（钛）复合材料。

本项目以生物质（木材、竹材）为原料，通过无机物前驱体在多孔结构中的渗透和扩散，制得具有互穿网络结构的SiO2(TiO2)/木炭杂化材料；将该杂化材料经高温热处理制备了SiC（TiN）复合陶瓷，并以SiC（TiN）陶瓷为骨架，含硅芳炔树脂为基体，制备了SiC（TiN）/C复合陶瓷；并用一系列现代分析手段对这些材料的制备工艺、结构与性能进行了研究。成果为新型的SiC（TiN）/C复合陶瓷开发提供了理论和实验依据。目前正积极准备开展进一步工业化试验，有望在军事透波材料和烧蚀材料中得到重要应用。.用乙烯基三氯硅烷和苯基三氯硅烷为原料，通过格氏反应制备了乙烯基三苯乙炔基硅烷(VTPES)和苯基三苯乙炔基硅烷(PTPES) 两种单体，它们的热固化聚合物具有很高的热分解温度和残炭率。同时合成了一系列耐高温树脂单体，如双酚芴二胺型苯并噁嗪、二丙炔基双酚A醚树脂和三炔丙基异氰尿酸酯等，重点研究了这些单体的聚合物结构与热稳定。提高了这些树脂基复合材料的热稳定性，热分解温度达到400度左右。.研究了生物质和耐高温树脂在不同温度和铁系、镍系催化剂的作用下的石墨化行为。在1600度下热处理，通过催化作用，可以实现碳材料的催化石墨化转化，石墨化程度达到90%以上。热处理温度远远低于通用的石墨化温度。.用Sol-Gel方法，成功将正硅酸四乙酯（TEOS）、钛酸四丁酯（TNBT）溶胶浸渍到炭化杉木的管胞和纹孔中；通过高温炭化制得SiC、TiN陶瓷前驱体，将耐高温树脂单体浸渍到SiC陶瓷和TiN陶瓷中，经过热处理后制得SiC/C复合陶瓷和TiN/C复合陶瓷。重点研究了碳化温度对生物质、树脂和复合陶瓷形貌、结构和性能的影响。