先驱体转化法制备SiAlCN陶瓷及其电性能研究

发布时间：2017-06-14 15:02

  本文关键词：先驱体转化法制备SiAlCN陶瓷及其电性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：航空航天等领域常涉及高温、强电磁干扰等极端工作环境,如何在此条件下瞬时、精确实现对物理量感知和测量,一直是困扰科学界和工业界的难题。同时,特殊的应用背景也对在此环境下工作的传感器材料提出了很高要求。以PDCs-Si为代表的现代陶瓷材料因其具有耐高温,抗腐蚀,密度高,硬度小的特点。且具有独特的电性能,例如不同裂解温度下体现出不同电性能,且半导体性能能够保持到很高温度等特点使其成为电子,信息,宇航等高技术领域关键部件的理想材料。其中,在SiCN三元体系的基础上发展出的SiAlCN四元体系的整体性能较之SiCN三元体系又有了极大提升,是应用于极端环境传感器材料的不二之选。本文首先从SiAlCN先驱体的合成入手,选用含有C=C,Si-H键的直链状聚硅氮烷与异丙醇铝为原料,在惰性气体保护下,严格控制水氧值,合成得到SiAlCN先驱体。进而对先驱体进行分析表征,得到了先驱体合成过程中发生的反应机理。并在此基础上,进行先驱体的交联固化与裂解。对先驱体在不同温度下的固化产物进行表征,分析固化过程中发生的主要反应类型,得到交联固化机理。之后,改进了块体材料的制备工艺。在目前广泛使用的干压成型的基础上,对制备工艺流程进行优化,增加冷等静压成型工序,消除干压单向受压、施压带来的内部压力梯度,得到内部均匀且较为致密的坯体。在一定升温速率条件下,对坯体裂解成型,并对比分析了传统干压成型工艺和经优化后所得到的试样特征。通过应用XRD,XPS,FT-IR,拉曼等分析测试手段对陶瓷化过程进行了分析表征,获取随温度升高的微观组织结构变化规律,并且阐释了铝元素含量对微观组织结构演变的影响。最后,分析和表征PDCs-SiAlCN材料的电性能。阐释了结晶态与非晶态试样电导率随温度变化的规律与机理,同时探究了铝元素对电性能的影响规律。本文通过对PDCs-SiAlCN体系先驱体的合成,交联固化,裂解一系列过程进行了分析表征,探究了陶瓷化过程,阐释了SiAlCN体系的导电机理,对PDCs-SiAlCN体系陶瓷材料在传感器方向的应用发展具有重要意义。
【关键词】：PDC SiAlCN陶瓷 陶瓷化 电性能
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 课题来源以及研究目的和意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-23
• 1.2.1 树脂先驱体的合成11-15
• 1.2.2 材料成型工艺15-17
• 1.2.3 PDCs-SiCN基体组织结构与性能间关系17-21
• 1.2.4 PDCs-SiCN基材料在MEMS传感器方面应用21-22
• 1.2.5 国内外研究现状综合评述22-23
• 1.3 本文主要研究内容23-24
• 第2章 实验材料与实验方法24-29
• 2.1 实验原料与试剂24
• 2.2 SiAlCN先驱体与块体材料的制备24-25
• 2.2.1 SiAlCN先驱体的制备24
• 2.2.2 先驱体的交联固化与块体材料的制备24-25
• 2.3 陶瓷化产物的高温物相转变研究25-26
• 2.4 SiAlCN陶瓷的导电和介电性能研究26
• 2.5 分析测试方法26-29
• 2.5.1 组成与结构分析26-27
• 2.5.2 理化性能分析27
• 2.5.3 形貌分析27
• 2.5.4 电性能测试27-29
• 第3章 先驱体与块体材料的制备与表征29-48
• 3.1 引言29
• 3.2 SiAlCN先驱体的合成与表征29-38
• 3.2.1 SiAlCN有机先驱体的合成29-31
• 3.2.2 先驱体的交联固化与裂解31-38
• 3.3 块体材料的制备38-41
• 3.4 陶瓷化产物的高温物相转变41-46
• 3.4.1 微观组织成分随温度变化41-43
• 3.4.2 铝含量对微观组织成分的影响43-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第4章 SiAlCN陶瓷的导电和介电性能48-57
• 4.1 引言48
• 4.2 SiAlCN陶瓷的导电性能48-53
• 4.2.1 非晶态试样电导率49-51
• 4.2.2 结晶态试样电导率51-53
• 4.3 SiAlCN陶瓷的介电性能53-55
• 4.3.1 裂解温度对介电性能的影响53-55
• 4.3.2 铝含量对介电性能的影响55
• 4.4 本章小结55-57
• 结论57-59
• 参考文献59-65
• 致谢65

  本文关键词：先驱体转化法制备SiAlCN陶瓷及其电性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：449748