新型耐超高温碳化锆(ZrC)陶瓷先驱体分子设计、合成及裂解机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51402354
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0204.结构陶瓷
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

In order to solve the difficulty in synthesizing the proper precursor for zirconium carbide (ZrC), a novel method is presented for preparing high-preformance ZrC precursor with Zr element dispersed uniformly at the molecular level by the method of chemical synthesis in this project. With the technique of molecular design, ZrOCl2•8H2O will be used to react with salicyl alcohol in the presence of triethylamine to produce Zr-containing polymer with excellent solubility, and this polymer is for ZrC precursor. In this project, we mainly study synthesis conditions, precursor structures, solution properties of precursor, cross-linking and pyrolysis mechanism. Single-crystal XRD、FTIR、NMR and GPC are employed to characterize the structures of the precursor, analyzing the influnce of synthesis conditions (molar ratio, reaction temperature, reaction time and solvents) on the structures and properties of ZrC precursor, and controlling the structures and properties of ZrC precursor by controlling the synthesis process. We also pay our attention to the thermodynamic and rheological properties of the solution of ZrC precursor, establishing the methods of processing. The cross-linking behavior of ZrC precursor is studied by rising temperatures set by programme, establishing the condition of cross-linking. Pyrolysis process and mechanism of ZrC precursor will also be studied by high-temperature tube furnace, TGA and thermal analysis, determing its optimal pyrolysis conditions and controlling ceramics compositions and structures by controlling the pyrolysis conditions. This study offers a new idea and a novel method for preparing ZrC precursor and provides scientific basis and crucial technical support for the application of ZrC precursor in C/C, C/SiC composites with good ablation resistance and ceramic matrix composites (CMCs) with ultra-high temperature resistance via PIP method.
针对目前ZrC陶瓷先驱体合成遇到的难题,本课题拟采用化学合成方法,制备Zr元素分子级均匀分散的新型高性能ZrC陶瓷先驱体。从分子设计出发,通过一种新型的合成方法-氯氧化锆与水杨醇之间的缩聚反应,合成Zr-O主链的可溶有机锆聚合物,作为ZrC陶瓷先驱体。拟深入研究先驱体合成、分子结构、先驱体溶液性能、交联固化及裂解机理。利用单晶XRD、FTIR、NMR及GPC等分析手段对先驱体结构进行表征,研究反应条件(原料配比、反应温度、反应时间和溶剂)对先驱体结构的影响,通过对合成条件的调控,实现对先驱体组成和性能的调控。研究先驱体溶液热力学性质和流变性能,建立先驱体成型的评价方法。采用程序升温研究先驱体交联固化特性,确定先驱体交联固化条件。利用高温管式炉、TG和热分析法等技术研究先驱体裂解过程及机理,确定先驱体最优裂解条件,通过对裂解条件的控制达到对最终陶瓷产物结构和组成的控制,制备高性能ZrC陶瓷。

结项摘要

碳化锆(ZrC)因具有低密度、高熔点(3540 oC)及化学稳定性好等优点,且可有效提高C/C、C/SiC等复合材料的抗烧蚀性能,而成为航空航天等极端环境下急需的超高温陶瓷材料。本项目利用化学合成方法,成功制备了碳化锆陶瓷先驱体。采用FTIR及GPC等表征了先驱体的分子结构。该先驱体的数均分子量1050-1600 g/mol,重均分子量为3200-4600 g/mol,分子量分布为2.5-3.7。结果说明先驱体是以Zr-O-Zr为主链,水杨醇为配体的聚合物,Zr原子以化学键形式引入聚合物主链。研究了先驱体的溶解性及溶度参数,发现先驱体可溶于醇类等有机溶剂,溶度参数是13.40 cal1/2/cm3/2。研究了先驱体的交联固化过程,确立了其固化条件。将固化的先驱体分别在900 ℃ -1400 ℃裂解,利用等速升温热失重分析及高温管式炉法研究了先驱体的陶瓷化过程;确立了裂解程序。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、拉曼光谱、透射电子显微镜和能谱等对裂解产物进行了表征。先驱体的分解主要经历4个阶段的失重,通过碳热还原反应,形成碳化锆陶瓷,1400 ℃ 陶瓷产率为40%-56 %。不同温度热解产物中均含有Zr, C和O三种元素,且C和O的含量随温度升高而降低。研究表明,1300 ℃裂解产物是典型的面心立方的碳化锆结构,且XRD锋线很尖锐,说明XRD结晶性很好。根据XRD结果和Rietveld修正,碳化锆的晶格参数是4.686 Ǻ,比纯相的ZrC0.98 (4.698 Ǻ) 数值小。ZrC呈不规则多面体结构,晶粒平均尺寸为100-300 nm。1300 ℃热解产物中含有16.42 wt% 的C,高于纯相ZrC中的C含量(11.6 wt %)。提出了先驱体的热解机理,即基于碳热还原的气相反应机理。先驱体原位裂解先形成ZrO2和C,ZrO(g) 和CO(g)之间化合形成ZrCxOy 中间相。中间相ZrCxOy 经碳热还原进一步转化成ZrC。本项目的研究不仅为设计和合成新型高性能ZrC陶瓷先驱体分子提供重要的理论支持,也将大大促进其在耐超高温陶瓷基复合材料中的实际应用。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Synthesis of a soluble preceramic polymer for ZrC using 2-hydroxybenzyl alcohol as carbon source
以2-羟基苯甲醇为碳源合成ZrC可溶性陶瓷前体聚合物
  • DOI:
    10.1080/17436753.2016.1149926
  • 发表时间:
    2016-02
  • 期刊:
    Advances in Applied Ceramics
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Tao Xueyu;Xiang Zhimei;Zhou Shixiang;Zhu Yabo;Qiu Wenfeng
  • 通讯作者:
    Qiu Wenfeng
A facile method to prepare ZrC nanofibers by electrospinning and pyrolysis of polymeric precursors
一种通过静电纺丝和聚合物前体热解制备 ZrC 纳米纤维的简便方法
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2016.12.005
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    CERAMICS INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Tao XueYu;Zhou ShiXiang;Ma Jie;Xiang ZhiMei;Hou RuiLin;Wang JingJing;Li XiYao
  • 通讯作者:
    Li XiYao
硼化锆陶瓷先驱体的制备
  • DOI:
    10.4416/jcst2015-00041
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Ceramic Science and Technology
  • 影响因子:
    0.5
  • 作者:
    Tao X.;Xiang Z.;Zhou S.;Zhu Y.;Qiu W.;Zhao T.
  • 通讯作者:
    Zhao T.

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

陶雪钰的其他基金

基于掺杂诱导构筑高电导率聚合物复合水凝胶及其储能机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于掺杂诱导构筑高电导率聚合物复合水凝胶及其储能机制研究
  • 批准号:
    52173015
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码