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聚合物转化SiHfCN陶瓷的制备及其吸波性能

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无机材料学报 2024年第6期39卷 681-690页

作者：张育育吴轶城孙佳付前刚西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室陕西省纤维增强轻质复合材料重点实验室西安710072

聚合物转化SiCN陶瓷得益于质量轻和热膨胀系数低等优势,在电磁波吸收领域受到广泛关注。由于电磁损耗机制单一及耐温性不足,SiCN陶瓷的吸波性能有待进一步提高,借助多组元协同作用增强吸波性能是可行的途径之一。本工作对聚氮硅烷结合... 详细信息

聚合物转化SiCN陶瓷得益于质量轻和热膨胀系数低等优势,在电磁波吸收领域受到广泛关注。由于电磁损耗机制单一及耐温性不足,SiCN陶瓷的吸波性能有待进一步提高,借助多组元协同作用增强吸波性能是可行的途径之一。本工作对聚氮硅烷结合不同化合物进行单源化改性得到SiHfCN、SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N等四种纳米陶瓷。结果表明:SiHfCN中由于Hf源的含氧量高达13.5%(质量分数),生成HfO_(2)和SiO_(2),使其最低反射损耗(Reflection loss,RL_(min))仅为–13.8 dB,有效吸收带宽(Effective absorption bandwidth,EAB)仅为0.42 GHz。相比于SiHfCN,含Hf聚合物分别与C源、B源和N源共改性增加了聚合物转化陶瓷的界面和导电相,SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N的介电常数实部和虚部分别提高了1.4~1.8和2.7~3.9倍,RL_(min)分别为-50.6、-57.3和-63.5 dB,EAB分别为3.53、3.99和4.01 GHz,吸波性能得到了显著改善。SiHfCN-C中大量的自由碳抑制了HfO_(2)的生成,增强了电导损耗。SiHfCN-B中生成了B–N和B–C键,且析出的纳米棒状HfSiO_(4)提供了更多的异质界面,增强了极化损耗。SiHfCN-N中因引入大量N使N–C键数量增加,强化了偶极子极化损耗,同时生成纳米碳片,不仅可以增强电导损耗,而且提供大量界面,改善了阻抗匹配并增强了界面极化,因而SiHfCN-N具有最佳的吸波性能。

关键词：聚合物转化陶瓷聚氮硅烷超高温陶瓷吸波性能

碳化硅纳米材料及其衍生碳在超级电容器领域的应用

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物理化学学报 2024年第2期40卷 58-75页

作者：刘慧敏李克智张欣殷学民付前刚李贺军西北工业大学陕西省纤维增强轻质复合材料重点实验室西安710072

超级电容器由于充放电速度快、循环寿命长、成本低、环境友好等特性在众多储能器件中脱颖而出。在各类电极材料中,碳化硅(SiC)纳米材料及其衍生碳因其高稳定性、优异的导电性等优势被认为是极具应用前景的超级电容器电极材料。本文首先... 详细信息

超级电容器由于充放电速度快、循环寿命长、成本低、环境友好等特性在众多储能器件中脱颖而出。在各类电极材料中,碳化硅(SiC)纳米材料及其衍生碳因其高稳定性、优异的导电性等优势被认为是极具应用前景的超级电容器电极材料。本文首先系统地阐述了SiC纳米材料及其衍生碳的常用制备方法;然后,详细综述了SiC纳米材料及其衍生碳在超级电容器应用中的研究进展,总结“高导电碳材料复合”、“杂原子掺杂”、“赝电容材料复合”、“多级孔结构的设计”、“化学活化”等电化学性能的提升策略;最后,对SiC纳米材料及其衍生碳在超级电容器储能领域中应用存在的挑战和机遇进行展望。

关键词：碳化硅碳化硅衍生碳双电层电容赝电容

真空抽滤结合反应熔渗法制备ZrB2-ZrC-SiC改性碳/碳复合材料的力学性能及烧蚀行为（英文）

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新型炭材料(中英文) 2024年

作者：张佳平苏晓宣李鑫港王润宁付前刚陕西省纤维增强轻质复合材料重点实验室西北工业大学

采用真空抽滤ZrB2作为反应熔渗ZrSi2的补充，成功地将ZrB2-ZrC-SiC引入到C/C基体中，使引入的陶瓷相含量增加且分布均匀。与仅通过反应熔渗制备的C/C-ZrC-SiC相比，C/C-ZrB2-ZrC-SiC复合材料的质量烧蚀率和线性烧蚀率分别降低了68.9%和2... 详细信息

采用真空抽滤ZrB2作为反应熔渗ZrSi2的补充，成功地将ZrB2-ZrC-SiC引入到C/C基体中，使引入的陶瓷相含量增加且分布均匀。与仅通过反应熔渗制备的C/C-ZrC-SiC相比，C/C-ZrB2-ZrC-SiC复合材料的质量烧蚀率和线性烧蚀率分别降低了68.9%和29.7%。烧蚀性能提高的原因在于B2O3的挥发带走部分热量，同时能够形成更多均匀分布的ZrO2，促进ZrO2-SiO2连续保护层的形成，从而有效地抵抗机械剥蚀，阻碍氧气的渗入。

关键词：碳/碳复合材料 ZrB2-ZrC-SiC 真空抽滤反应熔渗烧蚀

“高温热结构复合材料”课程教学改革与实践研究

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教育教学论坛 2024年第8期 52-55页

作者：张磊磊张雨雷付前刚西北工业大学材料学院陕西西安710072

在高校专业课中实施课程教学改革是高等教育实现全员全程全方位育人的重要组成部分。以“高温热结构复合材料”课程为研究对象,分析了目前课程教学中存在的“课程理论知识与工程实践结合不紧密”和“课程教学内容与思政教育的融合性不... 详细信息

在高校专业课中实施课程教学改革是高等教育实现全员全程全方位育人的重要组成部分。以“高温热结构复合材料”课程为研究对象,分析了目前课程教学中存在的“课程理论知识与工程实践结合不紧密”和“课程教学内容与思政教育的融合性不充分”等问题。针对教学问题开展了课程教学改革与实践,提出了“高温热结构复合材料”课程内容设计方法,阐明了“高温热结构复合材料”课程思政设计思路。最后,结合“高温热结构复合材料”课程教学改革的实施过程和学生的反馈,总结了课程教学改革的实施效果。

关键词：材料学教学改革教学实践高温热结构复合材料

C/C多孔体的高温热处理对C/C-SiC复合材料摩擦磨损行为的影响

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无机材料学报 2023年第5期38卷 561-568页

作者：张硕付前刚张佩费杰李伟西北工业大学凝固技术国家重点实验室纤维增强轻质复合材料陕西省重点实验室西安710072

低密度C/C多孔体的结构与性能调控是制备具有优异摩擦磨损性能的C/C-SiC复合材料的关键。本研究采用化学气相渗积法制备了C/C多孔体,并对其进行2100℃高温热处理,再通过反应熔渗法制备了C/C-SiC复合材料,研究了C/C多孔体高温热处理对C/C... 详细信息

低密度C/C多孔体的结构与性能调控是制备具有优异摩擦磨损性能的C/C-SiC复合材料的关键。本研究采用化学气相渗积法制备了C/C多孔体,并对其进行2100℃高温热处理,再通过反应熔渗法制备了C/C-SiC复合材料,研究了C/C多孔体高温热处理对C/C-SiC复合材料微观结构、导热性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明,经2100℃热处理的C/C多孔体孔隙率和石墨化程度增加,用其制备的C/C-SiC复合材料比C/C多孔体未经热处理的密度更大(2.22 g/cm^(3)),孔隙率由5.1%降低至3.4%, SiC陶瓷相含量比热处理前提高11.9%。石墨化程度越高,声子的平均自由程越大,因此其室温的导热率提升到3.1倍, 1200℃导热率提升到1.2倍。经过热处理的热解炭更软,摩擦面易形成连续且稳定的摩擦膜,因此摩擦系数更稳定,并且在测试载荷为3、6和9 N下磨损率均显著降低,下降幅度达到47.8%、41.9%和11.7%,平均摩擦系数分别为0.47、0.38和0.39。综上所述,对C/C多孔体进行高温热处理可使C/C-SiC复合材料的导热性能提升,更耐磨并且表现出更稳定的摩擦系数。

关键词： C/C-SiC复合材料高温热处理导热率摩擦耐磨

碳/碳复合材料表面等离子喷涂高温抗氧化涂层研究进展

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西北工业大学学报 2022年第3期40卷 465-475页

作者：李筱暄付前刚胡逗西北工业大学陕西省纤维增强轻质复合材料重点实验室陕西西安710072

氧化敏感性是限制碳/碳(C/C)复合材料作为超高温结构材料应用于航空航天领域的关键瓶颈。表面涂层技术是目前在高温含氧环境下有望实现C/C复合材料长时稳定服役的最有效手段。其中,广泛应用于制备航空发动机热防护涂层的等离子喷涂技术... 详细信息

氧化敏感性是限制碳/碳(C/C)复合材料作为超高温结构材料应用于航空航天领域的关键瓶颈。表面涂层技术是目前在高温含氧环境下有望实现C/C复合材料长时稳定服役的最有效手段。其中,广泛应用于制备航空发动机热防护涂层的等离子喷涂技术备受关注。从C/C复合材料表面等离子喷涂高温抗氧化涂层体系出发,综述了硼化物、硅化物和氧化物基抗氧化涂层的国内外研究进展,基于不同喷涂工艺、成分/结构设计和测试环境下的防护性能进行了对比总结,并对后续该方向研究提出了展望。

关键词：碳/碳复合材料等离子喷涂抗氧化耐高温陶瓷涂层

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碳/碳复合材料的激光烧蚀行为与机制

复合材料学报 2022年第9期39卷 4337-4343页

作者：耿莉成溯付前刚李贺军西北工业大学材料学院西安710072 西安鑫垚陶瓷基复合材料有限公司工程研究中心西安710119

碳/碳(C/C)复合材料作为性能优良的耐烧蚀材料得到了广泛的应用,其作为抗激光烧蚀材料的潜力待被发掘。本文制备了不同密度的C/C复合材料,在无氧环境下以CO激光器为光源,探究了高能激光与C/C复合材料之间的作用机制,系统地分析了材料的... 详细信息

碳/碳(C/C)复合材料作为性能优良的耐烧蚀材料得到了广泛的应用,其作为抗激光烧蚀材料的潜力待被发掘。本文制备了不同密度的C/C复合材料,在无氧环境下以CO激光器为光源,探究了高能激光与C/C复合材料之间的作用机制,系统地分析了材料的特性和激光参数不同对烧蚀表现的影响。采用三维轮廓仪对线烧蚀率进行表征。结果表明,随着烧蚀时间或激光功率的变化,C/C复合材料的烧蚀表现均为非线性变化。C/C复合材料的本征特性决定了其热量载荷。密度越高的C/C复合材料,其热量载荷越高,烧蚀性能越好。热量载荷与激光热流密度之间的关系则决定了材料的烧蚀表现,当激光的热流密度大于材料的热流载荷时,烧蚀速率会呈阶跃式攀升。

关键词：碳/碳(C/C)复合材料激光烧蚀烧蚀速率机制热量载荷

C/C复合材料表面SiC-ZrB_(2)涂层的缺陷修复与抗烧蚀性能

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中国表面工程 2022年第6期35卷 214-221页

作者：王蔚言付前刚胡逗谢薇刘天宇西北工业大学陕西省纤维增强轻质复合材料重点实验室西安710072

碳/碳(C/C)复合材料表面涂层在制备与服役过程中易出现裂纹、凹坑和孔洞等缺陷,使涂层失去完整性而极易导致防护失效,目前常用的解决方法为更换整体涂层,成本高、工艺复杂、耗时长,因此快速高效的涂层轻微缺陷修复技术是解决这一难题的... 详细信息

碳/碳(C/C)复合材料表面涂层在制备与服役过程中易出现裂纹、凹坑和孔洞等缺陷,使涂层失去完整性而极易导致防护失效,目前常用的解决方法为更换整体涂层,成本高、工艺复杂、耗时长,因此快速高效的涂层轻微缺陷修复技术是解决这一难题的有效途径。通过大气等离子焰流在C/C复合材料表面SiC-ZrB_(2)(SZ)涂层表面预先构造缺陷,采用异丙醇以及高温下性能稳定的含硼聚氮硅烷胶粘剂作为修复剂,以SiC-ZrB_(2)粉末作为改性填料,Al_(2)O_(3)作为烧结助剂,对SZ涂层缺陷进行修复,研究修复前后涂层的微观结构演变与烧蚀防护性能。结果表明:经等离子焰流烧蚀后,未修复的SZ涂层试样中心出现圆形凹坑缺陷,裸露出C/C复合材料基底;而对于修复后的涂层试样,修复剂热解生成的SiBCN陶瓷和改性陶瓷填料均匀覆盖于缺陷处,使涂层保持较高完整性,且在氧乙炔烧蚀下生成致密的SiO_(2)玻璃膜可有效阻挡氧扩散,保护C/C复合材料免受机械冲蚀;修复后的涂层试样在氧乙炔焰流下烧蚀60s后线烧蚀率与质量烧蚀率分别为0.65μm/s和-0.28mg/s,相比于未修复涂层试样分别降低了83.54%和129.47%,修复后涂层的抗烧蚀性能得到显著提升。

关键词： C/C复合材料 SiC-ZrB_(2)涂层缺陷修复抗烧蚀性能

碳化硅纳米材料及其衍生碳在超级电容器领域的应用

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物理化学学报 2023年

作者：刘慧敏李克智张欣殷学民付前刚李贺军西北工业大学陕西省纤维增强轻质复合材料重点实验室

超级电容器由于充放电速度快、循环寿命长、成本低、环境友好等特性在众多储能器件中脱颖而出。在各类电极材料中，碳化硅(SiC)纳米材料及其衍生碳因其高稳定性、优异的导电性等优势被认为是极具应用前景的超级电容器电极材料。本文首... 详细信息

超级电容器由于充放电速度快、循环寿命长、成本低、环境友好等特性在众多储能器件中脱颖而出。在各类电极材料中，碳化硅(SiC)纳米材料及其衍生碳因其高稳定性、优异的导电性等优势被认为是极具应用前景的超级电容器电极材料。本文首先系统地阐述了SiC纳米材料及其衍生碳的常用制备方法；然后，详细综述了SiC纳米材料及其衍生碳在超级电容器应用中的研究进展，总结“高导电碳材料复合”、“杂原子掺杂”、“赝电容材料复合”、“多级孔结构的设计”、“化学活化”等电化学性能的提升策略；最后，对SiC纳米材料及其衍生碳在超级电容器储能领域中应用存在的挑战和机遇进行展望。

关键词：碳化硅碳化硅衍生碳双电层电容赝电容