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碳化硅在聚合物中的应用 2006-12-18 9:12:58 【文章字体：大 中 小】 打印 收藏 关闭 由无机材料和有机高分子所组成的有机-无机杂化材料是近年来国内外研究较多的一种新型复合材料，它同时具有有机高分子和无机材料的优点。SiC陶瓷具有硬度高、高温强度大、抗蠕变性能好、耐化学腐蚀、抗氧化性能好、热膨胀系数小及高热导率等优异性能，是一种在高温和高能条件下极具应用前景的材料。SiC用于制备金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料，已经表现出优异的性能。此外，SiC在隐身吸波材料方面也有重要的应用。本文综述了SiC在聚合物中的应用。 1 碳化硅基本特性 SiC具有α和β两种晶型。β-Sic的晶体结构是立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格，Si——C的原子间距为0.1888nm，α-SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体在工业上应用最为广泛。在6H-SiC中，Si与C交替成层状堆积，Si层间或C层间的距离为0.25nm,si-C的原子间距约为0.19nm。 在SiC的两种晶型之间存在一定的热稳定性关系。温度低于1 600℃时，SiC以β-SiC存在；温度高于1600℃时，β-SiC通过再结晶缓慢转变成α-SiC的各种型体（4H、6H和15R等）。4H-SiC在2000℃左右容易生成；而15R和6H多型体均需在2100℃以上才能生成，但15R的热稳定性比6H多型体差，对于6H-SiC,即使温度超过2200℃也非常稳定。 SiC的硬度高、弹性模量大，具有优良的耐磨损性能。纯的SiC不会被HC1、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等碱溶液所侵蚀，但在空气中加热时会发生氧化反应。值得指出的是，在干燥的高温环境中，温度超过900℃时，SiC表面会生成一层致密的、缓慢生长的二氧化硅膜，这层膜抑制了氧的进一步扩散，使其具有优异的抗氧化性能。在电性能方面，SiC是第三代半导体材料的核心之一，具有很多优点，如带隙宽、热导率高、电子饱和漂移速率大、化学稳定性好等，非常适于制作高温、高频、抗辐射、大功率和高密度集成的电子器佣。此外，SiC还具有优良的导热性和吸波特性。 2 SiC填充改性聚合物 用无机物质填充改性有机高分子材料所制备的聚合物基复合材料是一类新型材料，在性能（如耐磨性）提高的同时，还表现出一些新的性能（如吸波性能）。特别是对纳米无机填料改性高分子材料所制备的复合材料而言，在填料和基体之间形成了松散材料体积分数更大的界面层，所以在填料含量非常低的条件下就可以对材料的性能产生很大影响。这种特性尤其有利于提高热固性树脂基复合材料的耐磨性。 纪秋龙等用纳米SiC对环氧树脂进行了填充改性并对改性后复合材料的摩擦学性能进行了研究。由于纳米SiC与环氧树脂之间相容性较差，他们先对纳米SiC进行了表面大分子接枝预处理，在其表面引人聚丙烯酞胺，一方面改善了纳米SiC在环氧树脂基体中的分散性；另一方面也通过引人的酞胺基团与环氧树脂反应，通过化学键紧密联结起来，从而更有效地发挥纳米SiC的作用。结果表明，经纳米SiC填充的复合材料的耐磨性比未改性的环氧树脂提高了近4倍，摩擦系数降低了36％。Nathaniel chishohn等系统地研究了不同含量（1.5％~3.0％，质量分数，下同）的纳米SiC填充环氧树脂后树脂性能的变化，结果发现，经1.5％的纳米SiC填充改性后，树脂的力学性能比纯树脂的有明显提高，拉伸模量提高了44.9％，拉伸强度提高了15.8％。 还有人将粒径为10nm和30nm的微晶SiC掺人聚乙烯基咔唑和香豆素的共混物中，并测量了得到的复合材料的线性电致发光效应。在掺人了纳米微晶SiC后，无论在静态区域还是在光引发区域，测定线性电致发光效应系数的响应都明显增大。但相对于静态区域而言，光引发区域的线性电致发光效应系数要更大一些。在这种客体一主体材料中，纳米微晶SiC与其周围聚合物之间的界面层在电致发光效应中起主导作用。虽然估算出来的线性电致发光效应系数比已知的无机电致发光晶体低，但是在复合材料的均一区域上所得到的测量值却大得多。 李家俊等研究了SiC纤维体积含量小于2％的环氧树脂/碳化硅纤维复合吸波材料不同排布的吸波性能。结果表明，碳化硅纤维吸波性能与纤维的排布间距和纤维含量密切相关；正交排布试样的吸波效果总体上优于平行排布试样；在频率大于8 GHz、SiC纤维的间距为4mm如和SiC纤维含量为1600根／束时的正交排布方式下获得了-10 dB以下的反射衰减。 K.Kueseng和K.I.Jacoi先将纳米SiC分散在天然橡胶（NR）的聚合物溶液中，然后用蒸发干燥的方法除去溶剂、最终制得了橡胶纳米复合材料。研究发现,SiC含量为1.5％的橡胶试样的断裂应变比硫化后的纯橡胶试样减少了