Facile synthesis of a carbon-rich SiAlCN precursor and investigation of its structural evolution during the polymer-ceramic conversion process

材料科学 硅氢加成 脱氢 化学工程 热解 无定形固体 碳纤维 陶瓷 聚合 相(物质) 聚合物 无定形碳 分解 高分子化学 有机化学 催化作用 复合材料 复合数 化学 工程类
作者
Jianrong Song,Gaoming Mo,Xiang Wu,Liu He,Qing Huang,Qing Huang
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:48 (3): 3311-3327 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2021.10.107
摘要

A liquid carbon-rich SiAlCN precursor is facilely synthetized by hydrosilylation between liquid polyaluminocarbosilane (LPACS) and 1,3,5,7-tetravinyl- 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasilazane {[CH 3 (CH 2 CH 2 )SiNH] 4 } (TeVSZ). The structural evolution during the polymer-ceramic conversion process is investigated by various methods. The results show that the main cured mechanism is β -addition on hydrosilylation, although α -addition on hydrosilylation, polymerization of vinyl groups and dehydrocoupling reaction between N–H bonds also occur during the cured process. During the pyrolysis process, dehydrogenation and dehydrocarbonation condensation reactions, transamination reactions occur, leading to formation of a three-dimensional network inorganic structure at 400–800 °C, where part of Al–O bonds convert to Al–N bonds. Then the network inorganic structure undergoes demixing and separation into amorphous SiAlCN(O) phase, where the amorphous turbostratic free carbon phase also form at 800–1200 °C. With demixing and decomposition of the amorphous carbon-rich SiAlCN(O) phase, the crystalline β-SiC and graphitic carbon start to form at about 1400 °C, the crystalline sizes of them both enlarge with increasing temperature. However, the crystal growth of β-SiC is distinctly inhibited due to existence of the rich carbon phase, tiny amounts of Al 2 O 3 and AlN. In addition, a small amount of AlN can promote the formation of α-SiC at 1800 °C.
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