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研究生:李俊宏
研究生(外文):Lee Chun-Hung
論文名稱:氮化硼陶瓷膠之合成及應用研究
論文名稱(外文):Synthesis and Application Study of Boron-Nitride Preceramic Polymer
指導教授:李選能
指導教授(外文):Sung-Nung Lee
學位類別:碩士
校院名稱:輔仁大學
系所名稱:化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
中文關鍵詞:氮化硼陶瓷浸漬覆膜陶瓷複合材料
外文關鍵詞:boron nitridedip-coatingceramicCMC
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氮化硼(Boron Nitride , BN),是一個相當要而且己商業化之陶瓷材料,但是受限於製作方法(高溫粉末製作),無法大量生產,以供廣泛使用。本研究主要是研究利用浸漬覆膜(dip-coating)法在纖維表面披覆一層氮化硼薄膜,以作為結構材料之應用。此法主要是先於纖維表面被覆一層氮化硼的前驅物(precursor),再加熱進行交鏈反應以製成氮化硼保護膜,再以纖維布製作適用之CMC(ceramic matrix composite)材料。
  實驗中所使用之起始原料為以NaBH4(Sodium Boron Hydride)與(NH4)SO4(Ammonium Sulfate)為起始物製得的Borazine(B3N3H6),將其進行聚合反應以製得可溶性之陶瓷膠(polyborazylene),接著將此陶瓷膠製成polymer solution,以浸漬覆膜方式在纖維表面形成一溶液膜,再經由室溫乾燥,最後在氮氣下進行交鏈反應,藉以形成一層氮化硼薄膜。
  本研究探討陶瓷膠的分子量與polymer solution的濃度,和燒結時間、溫度對氮化硼陶瓷薄膜形成之影響。並利用FT-IR,TGA,GPC,DSC,SEM,POM來鑑定鍍材表面之化學性質及微觀組織,並希望能建立一套完整的繞結程序,以實際應用於纖維表面之陶瓷膠塗佈技術,製作優良之陶瓷複合材料。
Polyborazylene has proven to be an excellent precursor for the production of boron nitride coatings, films and shaped materials, since this polymer prepared from the polymerization of borazine (B3N3H6) is soluble in polar solvents such as THF and glyme. The key to the utilization of this polymer is to control the dehydrocoupling reaction that leads to the formation of boron-nitrogen crosslinks between the polyborazylene chains. In this study, the ceramic conversion reaction was investigated with FTIR, DSC, TGA as well as SEM, on both bulk material and on polyborazylene-coated fiber glass composites. TGA analysis showed that the polymer follows a well-defined decomposition path in which an initial (4~14%) weight loss occurs in a narrow range between 70~250℃, followed by a gradual 2~4% loss ending at 900℃, and an excellent ceramic yield (85~93%) was obtained.
英文摘要------------------------------------------------------Ⅰ
中文摘要------------------------------------------------------Ⅱ
目錄----------------------------------------------------------Ⅲ
圖目錄--------------------------------------------------------Ⅴ
表目錄--------------------------------------------------------Ⅸ
第一章、緒論-------------------------------------------------1
1-1 陶瓷材料簡介------------------------------------------1
1-2 氮化硼之結晶型態及其應用------------------------------3
1-3 本研究之目的------------------------------------------8
第二章、理論基礎--------------------------------------------11
2-1 Borazine monomer 之合成------------------------------11
2-2 Polyborazylene 陶瓷膠之合成--------------------------12
2-3 陶瓷膠(preceramic polymer)形成 ceramics 的原理-------12
2-4 燒結程序---------------------------------------------12
2-5 平均分子量的量測-------------------------------------13
第三章、實驗方法與步驟---------------------------------------7
3-1 實驗儀器---------------------------------------------17
3-2 實驗葯品---------------------------------------------18
3-3 實驗方法---------------------------------------------19
3-3-1 單體Borazine的合成-----------------------------19
3-3-2 Polyborazylene之合成---------------------------19
3-3-3 Polyborazylene樣品之熱解-----------------------20
3-3-4 BN陶瓷膠/石英纖維布複合材料(CMC)之製作-------26
3-3-5 BN陶瓷膠/石英纖維多層CMC之製作-----------------28
3-4 儀器測試---------------------------------------------29
3-4-1 FT-IR的測試------------------------------------29
3-4-2平均分子量測定----------------------------------30
3-4-3 1H-NMR的測試-----------------------------------30
3-4-4 TGA 測試---------------------------------------30
第四章、結果與討論------------------------------------------31
4-1 結構鑑定----------------------------------------------31
4-1-1 NMR 1H光譜分析----------------------------------31
4-1-2 FT-IR光譜分析-----------------------------------31
4-2 單體之合成--------------------------------------------32
4-3 聚合物的分子量測定------------------------------------35
4-4 熱分析與燒結條件之探討--------------------------------38
4-4-1 熱分析之探討------------------------------------38
4-4-2燒結反應之追蹤-----------------------------------38
4-5 燒結後石英纖維被覆情形之SEM探討-----------------------40第五章、結論--------------------------------------------------41
第六章、參考文獻-------------------------------------------69
圖目錄
Figure 1、The structure of (A)hexagonal (B)cubic boron nitride-6
Figure 2、非結晶態 BN 經過回火(annealing)處理得到之Hexagonal BN形態-----------------------------------------------------------7
Figure 3、 BN 結晶相的相轉移-----------------------------------8
Figure 4、多孔性微粒子充填物所製成管柱的分離效果--------------14
Figure 5、聚合物與多孔性充填物之靜態的混合實驗----------------15
Figure 6、溶質分佈指標(1-Ci/Co) 與滯留時間(Retention Time) 之關係圖----------------------------------------------------------16
Figure 7、BN陶瓷材料製作之反應流程圖--------------------------21
Figure 8、真空系統管線圖--------------------------------------22
Figure 9、Borazine之反應裝置簡圖------------------------------23
Figure 10、Borazine之純化裝置簡圖-----------------------------24
Figure 11、附有真空閥門之聚合反應器---------------------------25
Figure 12、Borazine 之 FTIR Gas Phase 偵測槽------------------25
Figure 13、Ceramic matrix composite製作流程圖-----------------27
Figure 14、以磷酸鋁為黏著劑,多層CMC燒結時間和溫度關係圖------28
Figure 15、 NaBH4的量和產率的散佈圖---------------------------34
Figure 16、Borazine聚合反應溫度和反應時間關係圖---------------36
Figure 17、Borazine聚合反應溫度和分子量散佈關係圖-------------36
Figure 18、Borazine之NMR圖譜----------------------------------43
Figure 19、Polyborazylene之NMR圖譜----------------------------43
Figure 20、在70℃聚合24小時所得Polyborazylene之MWD圖譜--------44
Figure 21、在70℃聚合36小時所得Polyborazylene之MWD圖譜--------44
Figure 22、在70℃聚合42小時所得Polyborazylene之MWD圖譜--------45
Figure 23、在70℃聚合48小時所得Polyborazylene之MWD圖譜--------45
Figure 24、在70℃聚合48.5小時所得Polyborazylene之MWD圖譜------46
Figure 25、在75℃聚合24小時所得Polyborazylene之MWD圖譜--------46
Figure 26、在85℃聚合22小時所得Polyborazylene之MWD圖譜--------47
Figure 27、在90℃聚合17.5小時所得Polyborazylene之MWD圖譜------47
Figure 28、在100℃聚合13.3小時所得Polyborazylene之MWD圖譜-----48
Figure 29、Borazine之DSC圖譜----------------------------------48
Figure 30、Polyborazylene之DSC圖譜----------------------------50
Figure 31、polyborazylene不同聚合時間之熱重量分析(TGA)圖譜--51
Figure 32、polyborazylene在300℃經不同燒結時間之FT-IR圖譜-----52
Figure 33、polyborazylene在400℃經不同燒結時間之FT-IR圖譜-----53
Figure 34、不同燒結溫度(500℃和600℃)之FT-IR光譜圖比較------54
Figure 35、borazine gas phase 之FT-IR圖-----------------------55
Figure 36、polyborazylene之FT-IR圖----------------------------55
Figure 37、polyborazylene200℃燒結1小時之FT-IR圖--------------56
Figure 38、polyborazylene300℃燒結1小時之FT-IR圖--------------56
Figure 39、polyborazylene400℃燒結1小時之FT-IR圖--------------57
Figure 40、polyborazylene500℃燒結1小時之FT-IR圖--------------57
Figure 41、polyborazylene600℃燒結1小時之FT-IR圖--------------58
Figure 42、polyborazylene700℃燒結1小時之FT-IR圖--------------58
Figure 43、polyborazylene800℃燒結1小時之FT-IR圖--------------59
Figure 44、polyborazylene900℃燒結1小時之FT-IR圖--------------59
Figure 45、純纖維布之SEM圖,1000X-----------------------------60
Figure 46、BN/Quartz fiber之SEM圖(BN含量0.065%wt),700X-----60
Figure 47、BN/Quartz fiber之SEM圖(BN含量0.40%wt),600X------61
Figure48、BN/Quartz fiber之SEM圖(BN含量0.90%wt),900X-------61
Figure 49、BN/Quartz fiber之SEM圖(BN含量1.75%wt),600X------62
Figure50、BN/Quartz fiber之SEM圖(BN含量1.75%wt),600 X -----62
Figure51、BN/Quartz fiber之SEM圖(BN含量4.41%wt),400 X------63
Figure52、BN/Quartz fiber之SEM圖(BN含量6.17%wt),300 X -----63
Figure53、BN/Quartz fiber之SEM圖(BN含量9.21%wt),450 X -----64
Figure54、纖維上只塗上磷酸鋁被侵蝕的情形,1200X---------------64
Figure55、BN/Quartz fiber/磷酸鋁之SEM圖(BN含量0.065%wt,1%),450 X---------------------------------------------------------65
Figure56、BN/Quartz fiber/磷酸鋁之SEM圖(BN含量0.40%wt,5%),180 X---------------------------------------------------------65
Figure 57、BN/Quartz fiber/磷酸鋁之SEM圖(BN含量1.75%wt,10%),300X----------------------------------------------------------66
Figure58、BN/Quartz fiber/磷酸鋁之SEM圖(BN含量4.41%wt, 10%),180 X---------------------------------------------------------66
Figure59、BN/Quartz fiber/磷酸鋁之SEM圖(BN含量4.41%wt,10%),400 X---------------------------------------------------------67
Figure60、BN/Quartz fiber/磷酸鋁之SEM圖(BN含量6.17%wt,10%),200 X---------------------------------------------------------67
Figure61、BN/Quartz fiber/磷酸鋁之SEM圖(BN含量6.17%wt,10%),60 X----------------------------------------------------------68
表目錄
Table 1、各種陶瓷的應用分類------------------------------------2
Table 2、Comparison of properties of h-BN and c-BN-------------5
Table 3、NMR 1H光譜-------------------------------------------31
Table 4、FT-IR吸收光譜----------------------------------------31
Table 5、反應物的量和單體的產率-------------------------------33
Table 6、不同的polymerization反應條件、產率與平均分子量-------37
Table 7、不同反應時間之polyborazylene FT-IR(B-H/B-N)積分傎--39
(1)崔立人,”以浸鍍法被負氮化硼薄膜於碳纖維之研究”,國主成功大學材料科學及工程學系碩士論文
(2)H. Chen, He, R. H. Prince. Diamond and Related Materials. 5, 552-555, 1996
(3)M. Hubáček, M. Ueki, T. Sato, V. Boržek. Thermochimica Acta. 282/283, 359-367, 1996
(4)A. Meller, Gmelin Handbuch der Anorganische Chemie, Berlin 1088, 3rd supplement vol. 3.
(5)M. K. Lei, T. C. Ma, V. A. Emel’kin. Chin. Phys. Lett. 13, 309-312, 1996
(6)S. J. Yoon, A. Jha. J. Mater. Sci., 31, 2265-2277, 1996
(7)C. A. Brown, A. W. Laubengayer. J. Am. Chem. Soc., 77, 3699-3700, 1951
(8)D. T. Haworth, L. F. Hohnstedt. ”Synthesis of Borazine” Chem. Ind. (London) 559-560, 1960
(9)T. W. and L. G. Sneddon Inorg. Chem. 34, 1002-1003, 1995
(10)P. J. Fazen, E. E. Remsen, J. S. Beck, P. J. Carroll, A. R. McGhie, L. G. Sneddon Chem. Mater. 7, 1942-1956, 1995
(11)A. W. Laubengayer, P. C. Moews, Jr. R. F. Porter. J. Am. Chem. Soc. 83, 1237-1342, 1961
(12)K. J. L. Paciorek, D. H. Harris, R. H. Kratzer. Journal of Polymer Science: Polymer Chemistry Edition. 24, 173-185, 1986
(13)P. J. Fazen, J. S. Beck, A. T. Lynch, E. E. Remsen, and L. G. Sneddon Chem. of Mate. 2, 96-97, 1990
(14)D. Kim and J. Economy Chem. Mater. 6, 395-400, 1994
(15)D. Kim and J. Economy Chem. Mater. 5, 1216-1220, 1993
(16)D. Kim, C. G Cofer, and J. Economy J. Am. Ceram. Soc. 78[6] 1546-52, 1995
(17)V. L. Solozhenko and V. Z. Turkevich J. Phys. Chem. B, 103, 2903-2905, 1999
(18)T. Wideman and L. G. Senddon Chem. Mater. 8(1), 3-5, 1996
(19)A. V. Kabyshev, V V. Lopatin, and I. A. Petrusha inorganic materials. Vol. No. 2. pp. 146-150. 1996
(20)L. Maya. Appl. Organometallics Chem. 10, 175-182, 1996
(21)T. Wideman, K. Su, E. Remsen, G. A. Zank, and L. G. Senddon Chem. Mater. 7, 2203-2212, 1995
(22)R. T. and C. K. Narula Chem. Rev. 90, 73-91, 1990
(23)L. Wang, W. Sigmund, and F. Aldinger J. Am. Ceram. Soc. 83(4) 691-96, 2000
(24)T. Wideman, E. E. Remsen, E. Cortez, V. L.Chlanda, and L. G. Senddon Chem. Mater. 10, 412-421, 1998
(25)J. G. Chen Chem. Rev. 96, 1477-1498, 1996
(26)B. Chiavarino, M. E. Crestoni, and S. Fornarimi J. Am. Ceram. Soc. 121, 2619-2620, 1999
(27)R. W. Trice and J. W. Halloran J. Am. Ceram. Soc. 83(2) 311-16, 2000
(28)E. J. M. Hamilton, S. E. Dolan, C. M. Mann, H. O. Colijn, and S. G. Shore Chem. Mater. 111-117, 1995
(29)H. Itoh and P. Yamamoto J. Am. Ceram. Soc. 83(3) 501-506, 2000
(30)M. G. L. Mirabelli, L. G. Sneddon. Inorg. Chem., 27, 3271-3272. 1988
(31)O. Funayama, T. Aokj and T. Isoda, Journal of the Ceramic Society of Japan. Int. Edition vol. 104-340, 1996
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