纤维增强SiO2气凝胶隔热复合材料的制备及其性能

将无机陶瓷纤维与SiO2溶胶混合,经超临界干燥制备了SiO2气凝胶隔热复合材料。SiO2气凝胶纤细的骨架颗粒减少了固态热传导,纳米级孔减少了气体热传导和对流传热,同时无机陶瓷纤维减少了辐射传热。SiO2气凝胶复合材料具有良好的隔热性能,其200℃和800℃的热导率分别为0.017W/m.K和0.042W/m.K。纤维的加入提供了力学支撑,高温处理增强了气凝胶骨架强度,材料在常温和高温下均具有良好的力学性能,其常温的拉伸、弯曲和抗压强度分别为1.44MPa、1.31MPa和0.98MPa(10%应变),800℃的拉伸、弯曲和抗压强度分别为1.95MPa、1.80MPa和1.42MPa(10%应变)。     

溶胶—凝胶法制备SiO2气凝胶薄膜溶胶粘度的研究

用低介电常数介质薄膜代替传统的SiO2薄膜是减小ULSI中互连延迟、串扰和能耗的有效方法.SiO2气凝胶薄膜因具有低介电常数、低密度、高热稳定性等性能而成为ULSI中金属间介质的理想材料.以正硅酸乙酯为原料,采用酸/碱两步溶胶-凝胶法结合匀胶和超临界干燥等工艺在硅片上成功制备了SiO2气凝胶薄膜.研究了不同配比的SiO2溶胶粘度随时间的变化;确定了适于匀胶的溶胶的粘度范围为9～15mPa*s;发现溶胶粘度在9～15mPa*s的时间随溶剂异丙醇(IPA)用量的增加和NH4OH的减少而延长.     

SiO2气凝胶复合短切莫来石纤维多孔骨架复合材料的制备及性能

将短切莫来石纤维、硅溶胶、B4C粉,经过1260℃烧结制备多孔骨架,以正硅酸乙酯、去离子水和乙醇配制SiO2溶胶,并将多孔骨架与SiO2溶胶浸渍,经过超临界干燥制备SiO2气凝胶复合的莫来石隔热瓦.通过热重和差热分析、X射线能谱分析,表明B4C在700℃～900℃时发生氧化,生成B2O3将短切纤维粘接到一起,莫来石多孔骨架在1500℃以下稳定存在.具有纳米级孔洞结构的SiO2气凝胶填充了多孔骨架的微米级孔洞,隔热瓦的热导率在200℃、500℃、800℃、1000℃分别下降了44.3%、33.8%、34.6%、29.5%.此外,SiO2气凝胶的复合使得抗弯和抗压强度分别提高了50%和40%.     

SiO2 溶胶不同掺杂方式对含氟聚丙烯酸酯/SiO2 杂化涂层性能的影响

用酸催化溶胶-凝胶法制得SiO2溶胶,分别采用共混法和原位聚合法制备含氟聚丙烯酸酯/SiO2纳米杂化涂层.利用红外光谱、扫描电镜等表征了杂化涂层的结构、形态及SiO2相的分散性;研究了SiO2含量、分布和界面状况等与杂化涂层的表面性能和力学性能的关联与影响.结果表明,SiO2在两种方法制备的杂化涂层中均以Si-O网络的形式存在,原位聚合法中SiO2相的分散性优于共混法;含氟聚丙烯酸酯涂层中引入SiO2相后,涂层性能明显提高,共混法的疏水性优于原位聚合法;二者的力学性能随SiO2相含量变化的趋势相同,原位聚合法略优于共混法.     

SiO_2气凝胶对有机硅涂层耐高温与隔热性能改性研究

SiO_2气凝胶是一种具有三维空间网络结构的新型纳米材料,具有低密度、低导热系数以及耐高温和耐老化等性能。以SiO_2气凝胶为填料,将其添加到有机硅涂层中,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)等仪器,研究SiO_2气凝胶质量分数为1%,5%和10%时,各涂层加热到200,400,700℃时表面形貌、物相结构和表面基团变化情况,同时对各涂层添加不同质量分数SiO_2气凝胶后的耐高温和隔热性能进行研究。结果表明:随SiO_2气凝胶质量分数的增加,涂层耐高温性能提升,SiO_2气凝胶质量分数为10%时,涂层能在700℃高温下保持良好的性能;隔热性能也随SiO_2气凝胶质量分数的增加逐渐增强,与未添加SiO_2气凝胶的涂层相比,其最大温差可达11.2℃;同时,从XRD和FT-IR分析结果可知,随着温度的升高,涂层中的有机物逐渐分解,SiO_2和Al的结晶度逐渐提高,Si—O—Si特征峰强度提高最为明显。     

基于霍普金森压杆气凝胶及其复合材料抗冲击性能试验研究

为了研究气凝胶及纤维增强气凝胶的抗冲击能力,分别对纯SiO_2气凝胶试件、SiO_2气凝胶基有机纤维毡、SiO_2气凝胶基玻璃纤维毡三种不同材料进行了霍普金森杆加载试验,将实验结果与入射杆直接撞击透射杆结果进行对比,分析了纯气凝胶及纤维增强气凝胶在装甲防护中的作用及其机理。实验结果表明:在冲击作用下,纯SiO_2气凝胶、SiO_2气凝胶基有机纤维毡会完全"粉碎",变成基体粉末和纤维,SiO_2气凝胶基玻璃纤维毡发生较大的压缩变形,部分基体和纤维被挤出;作为SiO_2气凝胶的增韧材料,玻璃纤维的作用要优于有机纤维的作用;气凝胶及其纤维增强材料在受到均匀冲击载荷时比受到局部载荷时更容易发挥其防护作用。     

纳米SiO2颗粒增强铜基复合材料性能研究

以纳米SiO2颗粒为增强体,采用粉末冶金法制备铜基纳米复合材料.考察不同质量分数的纳米颗粒对复合材料密度、硬度以及摩擦磨损性能的影响.结果表明纳米SiO2颗粒的加入,使铜基体的硬度和摩擦磨损性能都得到了明显提高;但随着纳米SiO2质量分数的增加,复合材料的密度和硬度均呈下降趋势;当纳米SiO2质量分数为0.3 %时,复合材料的减摩耐磨性最好.     

氧化铝气凝胶复合材料的制备与隔热性能

以仲丁醇铝为先驱体,采用溶胶一凝胶工艺制备氧化铝溶胶,并将其与无机陶瓷纤维毡复合经超临界流体干燥得到氧化铝气凝胶隔热复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM)和氮气吸附等方法对样品微观结构进行分析,利用热平板法对材料的隔热性能进行测试,并分析了氧化铝气凝胶隔热复合材料隔热机理.研究表明:与氧化硅气凝胶相比,氧化铝气凝胶具有更好的耐高温性能,经1000℃热处理后仍然能够较好地保持其纳米多孔结构;将气凝胶与纤维复合后,充分发挥了氧化铝气凝胶优良的隔热特性,使得复合材料的隔热性能较纯纤维毡有了明显的改善,其热面温度1000℃时导热系数为0.0685 W/m·K.     

惰性填料对SiCf/Si-O-C陶瓷材料的性能影响

以聚硅氧烷为先驱体,采用先驱体转化法制备了SiCf/S i-O-C陶瓷复合材料.研究了惰性填料(SiC、SiO2及SiO2空心微珠)对材料的力学性能及热性能的影响.微观结构的分析表明,填料引起的界面结构与密度的变化是影响SiCf /Si-O-C复合材料性能的主要原因.     

不同分散剂对纳米SiO_2水中分散的影响

选取六偏磷酸钠(SHMP)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)及KCl作分散剂,并采用超声分散方法,制备纳米SiO2悬浮液,对纳米SiO2的水中分散性能进行研究。测试分散体系中纳米SiO2粒子的粒径及分布、Zeta电位及透光率,探讨了不同分散剂对纳米SiO2分散性能的影响。结果表明:不同分散剂对纳米SiO2的粒径都有明显影响,但粒径分布宽度差别较大;同在分散粒径较小的条件下,分别添加3种分散剂的悬浮液体系具有不同的稳定性,其中含SDBS的分散体系因静电和空间位阻的作用而表现出良好的分散稳定性。     

硬硅钙石二次粒子增强SiO_2气凝胶等效热导率

首先,采用分形交叉球杆模型描述气凝胶骨架微观结构,并引入分形理论处理二次粒子纤维壁复杂的微观形貌,在综合考虑二次粒子间的接触热阻和辐射传热的影响上,建立了二次粒子增强气凝胶的等效热导率计算模型;然后,实验测定了该材料的热导率,测量值与计算值吻合良好,验证了该模型的正确性;最后,分析了二次粒子密度、粒径、气凝胶密度以及复合密度等对等效热导率的影响。     

高官能度水性聚氨酯丙烯酸酯/纳米SiO2杂化材料的制备及性能

以聚己内酯二醇(PCL)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)和季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)为原料,合成了高官能度水性聚氨酯丙烯酸酯WPUA。以WPUA为有机相,γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(TMSPM)改性纳米SiO2为无机相,制备了水性光固化有机/无机纳米杂化体系。通过傅立叶变换红外光谱对合成产物进行了表征,并对杂化薄膜的表面形貌、热稳定性、光固化动力学及力学性能进行了分析。结果表明合成了预期产物,杂化体系中改性纳米SiO2分散均匀稳定;随着SiO2含量的增加,材料的热稳定性、力学性能均有明显提高;不同SiO2条件下体系均保持了较高的光固化速率和最终凝胶含量。     

纳米SiO2形态对铜基摩擦材料摩擦学性能的影响

采用粉末冶金法分别制备了添加0.75 wt%的纳米SiO2(n-SiO2)和0.75 wt%Cu包纳米SiO2(Cu/n-SiO2)复合粉体的新型铜基摩擦材料.采用惯性台架试验机,研究比较了2种材料与未添加纳米SiO2的材料的摩擦学性能.结果表明添加0.75 wt% Cu/n-SiO2的铜基摩擦材料,耐热性提高了32%,摩擦因数更稳定,耐磨性提高了2.02倍.经铜包覆处理后的n-SiO2对材料性能的影响优于未处理的n-SiO2.     

金属/SiO2复合气凝胶催化剂对一氧化碳氧化的催化

采用溶胶－凝胶法和超临界干燥法制备了Ｃｕ／ＳｉＯ２ 和Ｃｏ／ＳｉＯ２ 气凝胶催化剂， 对其结构和形貌进行了ＸＲＤ、ＴＥＭ 和比表面分析， 并考察了其对ＣＯ氧化的催化性能。实验结果表明， 制得的Ｃｕ／ＳｉＯ２ 和Ｃｏ／ＳｉＯ２ 气凝胶催化剂均保留了气凝胶的纳米网络和高比表面积， 活性组份均匀地分散在纳米级二氧化硅气凝胶载体中， 对ＣＯ的氧化均表现出高的催化活性。     

实验条件对纳米多孔二氧化硅薄膜性能的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)为先驱体,采用酸/碱两步溶胶—凝胶法,结合旋转涂胶和超临界干燥等工艺在硅片上制备了SiO2薄膜。XRD和AFM表明该SiO2薄膜为无定形态,具有多孔网络结构,表面均匀、平整,其SiO2粒子和孔隙的直径为30～40nm。利用椭偏仪测量了薄膜的厚度和折射率,薄膜的厚度为300～1100nm,折射率为1.13～1.23,孔隙率为50%～70%,介电常数为1.9～2.4。SiO2薄膜的厚度随溶剂异丙醇(IPA)用量的减少、催化剂NH4OH用量的增加、SiO2溶胶粘度的增大和旋转涂胶速度的降低而增大;介电常数随NH4OH用量和SiO2溶胶粘度的增加而降低,IPA用量和旋转速度对SiO2薄膜的介电常数影响较小。     

非均匀形核法制备Cu包覆纳米SiO2复合粉体

采用非均匀形核法制备了Cu包覆纳米SiO2复合颗粒,利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪及透射电镜等分析手段对复合颗粒进行了表征,并探讨了包覆结构的形成机制。结果表明:复合颗粒分散均匀,无团聚,单颗粒内包含多个分布均匀的纳米SiO2颗粒,且均被Cu包覆层隔离,纳米SiO2颗粒的分散性得到了显著改善;新制备的复合颗粒不存在氧化,在存放或者制样过程中会部分氧化为Cu2O;纳米SiO2颗粒表面Cu包覆层的形成机制主要是非均匀形核作用,包覆的结构取决于 Cu晶粒在纳米SiO2颗粒表面的沉积以及对复合颗粒的团聚控制。     

三维编织碳纤维增强莫来石复合材料的制备与性能

结合Al2O3溶胶—凝胶技术和聚硅氧烷浸渍裂解技术制备出三维编织碳纤维增强莫来石复合材料(3D BCf/mullite)。研究表明,以AlCl3·6H2O和(CH2)6N4为原料的溶胶—凝胶工艺能制备出纳米γ Al2O3粉,它与聚硅氧烷在1400℃N2中共裂解可反应生成莫来石。所得3D BCf/mullite的密度为1.784g/cm3,弯曲强度和断裂韧性分别为282.5MPa和17.7MPa·m1/2。材料中较多的孔隙是材料密度和弯曲强度不高的原因所在。     

溶胶凝胶法制备碳化硅陶瓷的影响因素

采用溶胶凝胶法 ,以正硅酸乙酯和酚醛树脂为原料 ,在草酸催化作用下 ,制备出了不含硫和氯的均相碳化硅先驱体 ,并在一定的升温制度下制备出SiC陶瓷。考察了温度对预水解过程的影响以及水用量、催化剂和镍盐用量等因素对凝胶时间的影响。结果表明 ,在预水解温度控制在 4 0℃左右 ,时间为 2 4h时效果最佳 ;而当水与正硅酸乙酯的摩尔比达到 0 2 8左右、草酸与正硅酸乙酯的摩尔比为 0 0 1左右时 ,可以使凝胶时间达到最短。进一步的研究表明 ,镍盐的加入对凝胶烧成过程中 β -SiC的生成有催化作用。     

纳米SiO2对室温快速固化胶粘剂及复合贴片作用机理研究

将纳米SiO2(n-SiO2)添加到自行研发的室温快速固化胶粘剂中,该胶粘剂与具有良好综合性能的芳纶纤维进行复合,制备成可在战场条件下使用的复合抢修贴片.分析了纳米SiO2对胶粘剂及贴片各项性能的影响规律,并初步分析了作用机理.试验结果表明,与未添加纳米材料相比,添加质量分数为2%的n-SiO2后,胶粘剂的剪切强度提高了近15%,玻璃化温度提高了约4倍.     

纳米SiO_2在润滑油中的高温摩擦学性能

采用多功能SRV试验机考察了纳米SiO2在菜籽油中的高温摩擦学性能,利用表面轮廓仪观察磨损表面形貌。结果表明,在恒定负荷试验中,纳米SiO2能明显改善菜籽油的高温减摩抗磨性能,在500℃时,摩擦因数仅为0.16,磨损量降低了80%以上。在连续加载的高温试验中,当试验温度为200℃时,纳米SiO2对菜籽油的减摩抗磨性能没有明显的改善;而当试验温度达到500℃时,纳米SiO2能明显地改善菜籽油的减摩抗磨性能,在大负荷(500N)的情况下更为突出。