当前课程知识点:复合材料设计与成型 > 9 有机先驱体转化法 > 9.2 PIP基本原理 > 9.2.1 视频单元
这一节,我们学习有机先驱体转化法的基本原理
基本原理是以有机或无机化合物通过裂解制备无机陶瓷
有机先驱体如何转化为陶瓷材料
方法就是高温烧结、高温裂解
这种方法,自古就有之
例如白居易《卖炭翁》伐薪烧炭南山中
张思德同志伐木烧炭,最后牺牲
毛主席即时演讲《为人民服务》悼念
全心全意为人民服务由此成为我党的宗旨
这里的薪木是有机先驱体
通过贫氧加热,转化为炭
典型的陶瓷材料
这就是先驱体转化法的基本原理
关键是高温裂解
有机先驱体转化法的技术优势是既可以制备陶瓷纤维
又可以成型陶瓷基复合材料
制备陶瓷纤维的工艺流程如图
首先通过有机单体,合成有机先驱体
熔融纺丝,不熔化处理
然后高温裂解转化为陶瓷纤维
上胶以后得到最终的陶瓷纤维
例如
二甲基二氯硅烷
通过金属钠脱氯合成聚二甲基硅烷,470摄氏度氩气气氛下
合成聚碳硅烷,熔融纺丝
350摄氏度氧气条件下进行不熔化处理
1200摄氏度氮气保护下高温裂解
得到碳化硅纤维
采用该方法制备的碳化硅纤维
目前商业化的产品例如日本的Nicalon纤维
表中列出了该纤维的性能和应用
重点看拉伸强度和拉伸模量
是不是已经接近碳纤维的拉伸强度和拉伸模量了
这是先驱体法制备陶瓷纤维的性能优势
先驱体法制备陶瓷基复合材料的基本工艺步骤如图所示
主要包括成型准备、流动浸润
交联固化、高温裂解
致密化(也就是重复浸渍-交联固化-高温裂解)和后处理等几大步骤
从图中我们可以看出
这是不是和前面我们学过的树脂传递模塑工艺类似
是典型的液相法复合材料制备技术
典型案例
例如,三维编织碳纤维预成型体
聚碳硅烷/二乙烯苯先驱体
采用真空加压浸渍
原位交联固化后,氮气条件下低温加压裂解
再次浸渍交联固化、氮气条件下高温裂解
多次重复浸渍-交联固化-裂解
使制品致密化,最后得到碳纤维增强碳化硅复合材料
采用PIP法制备陶瓷基复合材料的实例
例如,喷管制备
第一步,制备纤维预成型体
第二步浸渍
第三步,交联固化
第四步,高温裂解,重复浸渍-交联固化-高温裂解
重复浸渍胶凝固化,高温裂解
第五步,检测和后处理
有机先驱体转化法的技术特点
优点是
先驱体分子可设计
液相法整体成型,制品整体性能好
低温烧成,近净成型,制品形状和尺寸精度高
无需助剂,制品微观结构均匀,可靠性高
简单实用,成本低
突出的优势是,制品的高温力学性能优异
如表所示
缺点是
气孔率高,体积收缩大,同时伴随着内失重产品富碳
接下来,对比有机先驱体转化法和化学气相渗透法的异同点
共同点是都是以有机物、高温裂解制备陶瓷和陶瓷基复合材料
不同的是
化学气相渗透法的先驱体是气态(或可气化)小分子有机物
例如三氯甲基硅烷
而有机先驱体法的先驱体是液态(或者是可溶解)的高分子有机物
例如聚碳硅烷、聚硅氮烷等等
先驱体转化法
被称为是陶瓷发展史上的一次革命性技术发展
原因是实现了有机物到无机物的高温裂解转化
特点是有机先驱体、液相净成型、产物可设计、性能高稳好
应用领域涉及陶瓷纤维
陶瓷基复合材料、陶瓷涂层、超细陶瓷粉等等
成本低、应用范围广
这就是有机先驱体转化法的基本原理
-1.1 课程简介及复合材料定义
--1.1.2 作业
--1.1.3讨论
-1.2 复合材料的命名与分类
--1.2.2 作业
-1.3 复合材料的特点
--1.3.2 作业
-1.4 复合材料的应用
--1.4.2 作业
--1 引言 课件
-2.1 颗粒增强原理
--2.1.2 作业
-2.2 短纤维增强原理
--2.2.2 作业
-2.3 界面效应
--2.3.2 作业
-2.4 复合材料界面
--2.4.2 作业
-2.5 复合材料界面表征与分析
--2.5.2 作业
-3.1 增强材料概述
--3.1.2 作业
-3.2 玻璃纤维概述、生产工艺、成分与结构
--3.2.2 作业
-3.3 玻璃纤维的性能、制品与规格
--3.3.2 作业
-3.4 碳纤维概述
--3.4.2 作业
-3.5 碳纤维的制备工艺
--3.5.2 作业
-3.6 碳纤维的结构、性能、制品与规格
--3.6.2 作业
-3.7 芳纶纤维
--3.7.2 作业
-4.1 聚合物概述
--4.1.2 作业
-4.2 聚酯概述、化学结构、合成与交联
--4.2.2 作业
-4.3 聚酯的性能与应用
--4.3.2 作业
-4.4 环氧树脂概述、化学结构、合成与表征
--4.4.2 作业
-4.5 环氧树脂的交联、性能与应用
--4.5.2 作业
-4.6 酚醛树脂及其他热固性树脂
--4.6.2 作业
-4.7 热塑性树脂及聚合物基复合材料的应用
--4.7.2 作业
-5.1 陶瓷及陶瓷基复合材料概述
--5.1.2 作业
-5.2 陶瓷基复合材料成型工艺
--5.2.2 作业
-5.3 陶瓷基复合材料的界面及强韧化
--5.3.2 作业
-5.4 碳碳复合材料及陶瓷基复合材料的应用
--5.4.2 作业
-6.1 金属基体
--6.1.2 作业
-6.2 金属基复合材料成型工艺
--6.2.2 作业
-6.3 金属基复合材料的界面
--6.3.2 作业
-6.4 金属基复合材料的性能与应用
--6.4.2 作业
-1.2 作业
-2.1 应力与应变
--2.1.2 作业
-2.2 广义胡克定律
--2.2.2 作业
-2.3 工程常数、平面应力状态、应力应变转换
--2.3.2 作业
-3.1 单向板的正轴刚度、刚度柔度变换
--3.1.2 作业
-3.2 倍角变换、偏轴工程常数
--3.2.2 作业
-4.1 层合板的代号、面内刚度
--4.1.2 作业
-4.2 典型层合板的面内刚度
--4.2.2 作业
-4.3 层合板的弯曲刚度
--4.3.2 作业
-4.4 单向层合板、对称层合板及夹芯结构的弯曲刚度
--4.4.2 作业
-5.1 最大应力与最大应变准则
--5.1.2 作业
-5.2 蔡-希尔、蔡-吴强度准则
--5.2.2 作业
-5.3 层合板的强度分析
--5.3.2 作业
-5.4 层合板的极限强度
--5.4.2 作业
-6.1 细观力学引言、平均性质
--6.1.2 作业
-6.2 单向板的工程常数
--6.2.2 作业
-6.3 单向板的强度
--6.3.2 作业
-6.4 热膨胀与湿溶胀系数
--6.4.2 作业
-6.5 层合板的残余应力
--6.5.2 作业
-7.1 复合材料结构控制方程
--7.1.2 作业
-7.2 简单构型复合材料一维受力构件的力学分析
--7.2.2 作业
-8.1 复合材料层合梁
--8.1.2 作业
-8.2 复合材料板梁
--8.2.2 作业
-8.3 复合材料薄壁梁
--8.3.2 作业
-1.1 绪论
--1.1.2 作业
--1.1.3 讨论
-2.1 手糊基本原理
--2.1.2 作业
-2.2 树脂对纤维的润湿(上)
--2.2.2 作业
-2.3 树脂对纤维的润湿(下)
--2.3.2 作业
-2.4 手糊技术进展和典型应用
--2.4.2 作业
-3.1 RTM基本原理
--3.1.2 作业
-3.2 树脂渗流规律
--3.2.2 作业
-3.3 树脂流动模拟分析
--3.3.2 作业
-3.4 RTM技术发展和典型应用
--3.4.2 作业
-4.1 RFI基本原理
--4.1.2 作业
-4.2 RFI树脂膜体系
--4.2.2 作业
-4.3 树脂固化制度的确定和RFI典型应用
--4.3.2 作业
-5.1 VIMP基本原理
--5.1.2 作业
-5.2 树脂的粘度特性
--5.2.2 作业
-5.3 纤维预成型体的渗透特性和VIMP典型应用
--5.3.2 作业
-6.1 拉挤基本原理
--6.1.2 作业
-6.2 拉挤内脱模剂
--6.2.2 作业
-6.3 拉挤技术发展和典型应用
--6.3.2 作业
-7.1 缠绕基本原理
--7.1.2 作业
-7.2 缠绕线型规律
--7.2.2 作业
-7.3 缠绕工艺参数、技术发展和典型应用
--7.3.2 作业
-8.1 模压基本原理和模压料工艺性
--8.1.2 作业
-8.2 SMC片状模塑料
--8.2.2 作业
-8.3 模压关键工艺参数和典型应用
--8.3.2 作业
-9.1 概述
--9.1.2 作业
-9.2 PIP基本原理
--9.2.2 作业
-9.3 PIP关键步骤
--9.3.2 作业
-9.4 致密化和典型应用
--9.4.2 作业
-课程考试

