【正文】 5, 40: 34973501.[8]Raquel P, Gian D. Synthesis and characterization of hybrid borosiloxane gels as precursors for Si–B–O–C fibers[J]. J SolGel Sci Technol, 2007, 43: 313319.三、設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容和要求（包括設(shè)計(jì)或研究?jī)?nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對(duì)學(xué)生提出具體要求。）（1）利用溶膠凝膠法制備出SiOC纖維。 （2）通過(guò)調(diào)整原料以及加入紡絲助劑，制出連續(xù)性纖維。 （3）在原料中加入Al或Zr，制備纖維，探討所得纖維的耐高溫性。 （4）對(duì)纖維進(jìn)行分析，并測(cè)出其抗拉強(qiáng)度、楊氏模量、耐高溫性、導(dǎo)電性等性能。（1）通過(guò)控制原料配比和工藝條件，制備出抗拉強(qiáng)度超過(guò)1GPa的SiOC纖維。（2）通過(guò)摻入Al或Zr，制備出能夠承受1600176。C的SiOC纖維。具體要求：，了解本領(lǐng)域的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)和研究方向。，制備出SiOC纖維。，并能進(jìn)行分析和總結(jié)。，注意實(shí)驗(yàn)安全。 指導(dǎo)教師（簽字）年 月 日審題小組組長(zhǎng)（簽字）年 月 日天津大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告課題名稱以有機(jī)硅烷為前驅(qū)體制備SiOC陶瓷纖維學(xué)院名稱材料科學(xué)與工程專業(yè)名稱材料科學(xué)與工程學(xué)生姓名指導(dǎo)教師一 課題的來(lái)源及意義 課題來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金 陶瓷纖維是一種纖維狀輕質(zhì)耐高溫材料，它具有質(zhì)量輕、耐高溫、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱率低、比熱容小及耐機(jī)械振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，可用于先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)劑。根據(jù)其微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)，陶瓷纖維可分為非晶質(zhì)（玻璃態(tài)）纖維和結(jié)晶質(zhì)纖維[1]。由于用來(lái)合成非晶質(zhì)纖維初始原料的熔融溫度一般較低，因此很容易通過(guò)熔融紡絲的方法得到纖維。但是結(jié)晶質(zhì)纖維的原料的熔點(diǎn)則很高（一般高于2000176。C），所以一般不能直接用熔融法制纖維。研究人員已經(jīng)通過(guò)超細(xì)微粉擠出紡絲法、基體纖維溶液浸漬法、CVD、CVR、有機(jī)聚合物先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法、溶膠凝膠法等方法合成了結(jié)晶質(zhì)纖維[2]。目前，已經(jīng)商業(yè)化的纖維有SiC、Al2OB、C以及玻璃纖維。然而每種纖維都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。例如：SiC纖維有著優(yōu)良的高溫性能，可以用來(lái)增強(qiáng)陶瓷，然而造價(jià)昂貴；Al2O3纖維工作溫度在1200176。C以下，可以用來(lái)增強(qiáng)金屬或玻璃基復(fù)合材料；B纖維和C纖維有著極好的抗拉強(qiáng)度和楊氏模量，但是在有氧環(huán)境中，當(dāng)溫度超過(guò)500176。C，性能則會(huì)急劇下降；玻璃纖維價(jià)格低廉，但是超過(guò)500176。C，纖維就會(huì)變軟而逐漸失去增強(qiáng)能力。這樣就產(chǎn)生了一種新纖維的需求：既具有非氧化物纖維優(yōu)良的力學(xué)性能，又具有氧化物纖維的抗氧化能力，并且低成本。SiOC纖維就是一種有希望滿足這些要求的新型纖維。因此，制備出高性能的SiOC纖維有著重要的意義。由于溶膠凝膠法具有工藝過(guò)程溫度低，可在室溫下紡絲成形，燒成溫度比傳統(tǒng)溫度低400500176。C，并且得到的產(chǎn)物成分結(jié)構(gòu)均勻、純度高等諸多優(yōu)點(diǎn)[3]，本實(shí)驗(yàn)擬采用該方法制備SiOC連續(xù)陶瓷纖維。二 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩rYajima[4]等人通過(guò)有機(jī)聚合物先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制得SiC纖維，但是纖維中含有超過(guò)10%的O，因此這種SIC纖維可以認(rèn)為是最初的SiCO纖維。此纖維在低于1200176。C下具有優(yōu)異的力學(xué)性能和抗氧化能力。但是由于昂貴的成本，限制了這種方法的廣泛運(yùn)用。1988年，Takemi[5]運(yùn)用類似的方法制出了SiTiOC纖維，由于Ti的引入，所制得纖維較SiC纖維具有更高的強(qiáng)度、楊氏模量、耐高溫性（從1200176。C提高到1400176。C）。Zheng[6]利用PSCS和Al(AcAc)3制備了SiAlOC纖維，所得纖維抗拉強(qiáng)度、能承受1600176。C的高溫。 人們通過(guò)溶膠凝膠法制備出SiOAl2O3等纖維。鑒于溶膠凝膠法反應(yīng)溫度比較低、產(chǎn)物高純、成本也相對(duì)低廉，如果用這種方法制備出SiOC纖維就有著重要意義。不過(guò)，在紡出連續(xù)纖維方面還存在一定的問(wèn)題，同時(shí)在初紡纖維熱解過(guò)程中，由于纖維放出HCH4 等氣體，纖維上會(huì)產(chǎn)生許多缺陷而降低纖維的性能指標(biāo)。因此，尋求解決纖維連續(xù)性、缺陷等問(wèn)題成為重要的研究課題。CHEN[7]課題組以VTMS為原料，在紡絲助劑（SCA）的作用下，經(jīng)熱解，獲得了SiOC纖維。所制得纖維具有一般的抗拉強(qiáng)度（）、中等楊氏模量（）以及較好的耐高溫性（1300176。C）。雖然所得纖維不太理想，但是實(shí)現(xiàn)了溶膠凝膠法制備SiOC纖維的突破。為了提高該法制得的SiOC纖維的性能，研究人員向原料體系中引入其他元素，如B、Ti、Al、Zr。Raquel [8]用MTES、DMDES和B（OH）3制得SiBOC纖維，并且研究了摻B對(duì)于纖維耐高溫性的影響，發(fā)現(xiàn)B的加入使纖維具有更好的高溫穩(wěn)定性。三 研究目標(biāo) （1）利用溶膠凝膠法將含有SiOC的原料制成SiOC初紡纖維，然后在氬氣保護(hù)下，在800176。C下熱解得到SiOC纖維。 （2）在原料中引入Al或Zr，制備耐高溫的SiOC纖維。四 研究?jī)?nèi)容（1）以甲基三乙氧基硅烷（MTES）和二甲基二乙氧基硅烷（DMDES）為原料，在催化劑（稀HNO3等）的作用下，發(fā)生水解縮聚反應(yīng)，形成溶膠，然后加入紡絲助劑，在溶膠向凝膠的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，拉出纖維。將初紡纖維放在氬氣里，在800176。C左右熱解得到所需纖維。在此過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)MTES和DMDES的配比以及水浴溫度，研究反應(yīng)物成分和反應(yīng)條件對(duì)于纖維連續(xù)性的影響。（2）以乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）為原料，在催化劑的作用下，發(fā)生水解縮聚反應(yīng)，形成溶膠，然后加入紡絲助劑，在溶膠向凝膠的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，拉出纖維。將初紡纖維放在氬氣里，在800176。C左右熱解得到所需纖維。（3）在反應(yīng)原料中引入Al或Zr，通過(guò)以上步驟制備纖維，研究所得纖維的耐高溫性和力學(xué)性能。（4）對(duì)所有制得的纖維進(jìn)行TEM、XRD、FTIR、TGA等分析，并測(cè)量相應(yīng)纖維的抗拉強(qiáng)度、楊氏模量、高溫穩(wěn)定性，導(dǎo)電性等。五 研究方法和研究手段MTES和稀HNO3加入DMDES，形成混合溶液溶膠初紡纖維烘干SiOC陶瓷纖維調(diào)節(jié)PH恒溫水浴紡絲氬氣800 176。C熱解預(yù)水解 分析方法： 。 。 。 ，纖維分解情況。六 進(jìn)度安排  —— 查閱文獻(xiàn)資料 —— 以TEOS和DMDES為原料，制備纖維 —— 以VTMS為原料制備纖維 —— 在原料中引入Al或Zr，制備纖維 —— 分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫論文 論文答辯七 實(shí)驗(yàn)方案的可行性分析 。 （包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)原料以及相關(guān)藥品）并且已有利用溶膠凝膠法制備SiOC纖維的經(jīng)驗(yàn)。 ，天津大學(xué)都具備，因此，纖維的表征沒(méi)有問(wèn)題。八 主要參考文獻(xiàn)[1]崔之開(kāi). 陶瓷纖維[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004, 15. [2]Chu Z Y, Wang J, Song Y C et al. Advances in processing techniques of continuous ceramic fiber[J]. HiTech Fiber＆Application, 2004, 29(2): 3945.[3]Zhai X L, Liu W H, Song S J et al. The Research Progress of Functional Ceramic Fibers Derived by Solgel Method[J]. Journal of Hebei Normal University/Natural Science Edition, 2007, 31(2): 233237.[4]Yajima S, Hayashi J, Omori M. Continuous silicon carbide fiber of high tensile strength[J]. Chem Lett, 1975, 9: 931934.[5]Takemi Y, Toshihiro I, Masaki S et al. Development of a new continuous SiTiCO fibre using an organometallic polymer precursor[J]. Journal of materials science, 1988, 23: 25892594.[6]Zheng C M, Li X D, Wang H et al. Evolution of crystallization and its effects on properties during pyrolysis of Si–Al–C–(O) precursor fibers[J]. J Mater Sci, 2008, 43: 33143319.[7]Chen L F, Cai Z H, Zhou W et al. Preparation and properties of silicon oxycarbide fibers[J]. Journal of materials science, 2005, 40: 34973501.[8]Raquel P, Gian D. Synthesis and characterization of hybrid borosiloxane gels as precursors for Si–B–O–C fibers[J]. J SolGel Sci Technol, 2007, 43: 313319.選題是否合適： 是□ 否□課題能否實(shí)現(xiàn)： 能□ 不能□指導(dǎo)教師（簽字）年 月 日選題是否合適： 是□ 否□課題能否實(shí)現(xiàn)： 能□ 不能□ 審題小組組長(zhǎng)（簽