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由(you)無機材料和有(you)機高分子(zi)所組(zu)成的有(you)機-無機雜化材料是近年來國內外研究較多的(de)一種新型復(fu)合材料，它(ta)同時具有(you)有(you)機高分子和無機材料的(de)優點。SiC陶瓷具(ju)有硬度高(gao)、高(gao)溫(wen)強度大、抗(kang)蠕變性(xing)能好(hao)、耐化學腐(fu)蝕、抗(kang)氧化性(xing)能好(hao)、熱(re)膨脹系數小(xiao)及高(gao)熱(re)導率等優異性(xing)能，是一種在(zai)高(gao)溫(wen)和高(gao)能條件下極具(ju)應用前景的材料。SiC用于制備金屬基、陶瓷基和聚合物基復(fu)合材料(liao)，已經表現(xian)出(chu)優(you)異的性能。此外(wai)，SiC在隱身吸波材(cai)料方面也有重要的應用。本文綜述了SiC在(zai)聚合物中的應用。

??????? 1 碳化硅基本特性

SiC具有α和β兩(liang)種晶型(xing)。β-Sic的晶體結構是(shi)立方晶系(xi)，Si和C分別組成面心立方晶(jing)格，Si——C的原子(zi)間距為0.1888nm，α-SiC存在著4H、15R和(he)6H等100余種(zhong)多(duo)型(xing)體，其中，6H多型體(ti)在工(gong)業上應用最為(wei)廣(guang)泛(fan)。在6H-SiC中，Si與C交替成層(ceng)狀堆(dui)積，Si層間或C層間的距離為0.25nm,si-C的(de)原子間距約為0.19nm。

在(zai)SiC的兩種晶型之間存在一定(ding)的熱穩定(ding)性關系(xi)。溫度低于(yu)1 600℃時，SiC以(yi)β-SiC存在；溫(wen)度(du)高于1600℃時，β-SiC通過再結晶(jing)緩慢轉變(bian)成α-SiC的各種(zhong)型體（4H、6H和15R等）。4H-SiC在2000℃左(zuo)右容易生成；而(er)15R和6H多型體(ti)均(jun)需(xu)在2100℃以上才能生成，但15R的(de)熱穩定性比(bi)6H多型體差，對于(yu)6H-SiC,即使溫度超過2200℃也非常穩定。

SiC的(de)硬(ying)度(du)高、彈性模量大，具有優良的(de)耐磨損性能。純的(de)SiC不會被(bei)HC1、HNO3、H2SO4和HF等(deng)酸溶液以及NaOH等(deng)堿溶(rong)液所侵蝕，但在空氣中加熱時會發生氧化(hua)反應。值得(de)指出的是(shi)，在干燥的高溫環(huan)境中，溫度超過900℃時，SiC表(biao)面會生(sheng)成一層致密的、緩慢生(sheng)長的二氧化硅膜，這層膜抑制了氧的進一步(bu)擴散，使其(qi)具有優異的抗氧化性能。在電性能方面，SiC是第三代半導體材料的核心之一，具有很多優點，如帶隙寬、熱導率高(gao)、電子(zi)飽(bao)和漂(piao)移速率大(da)、化學(xue)穩定(ding)性好等，非常適于制作高(gao)溫、高(gao)頻、抗(kang)輻射、大(da)功率和高(gao)密(mi)度(du)集成的電子(zi)器傭(yong)。此外，SiC還(huan)具有優良的導熱性(xing)和(he)吸波(bo)特性(xing)。

????????2 SiC填充改性聚合物

?????? ?用無(wu)機(ji)物質(zhi)填(tian)充(chong)改性(xing)有(you)機(ji)高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)(liao)所(suo)制備的(de)聚(ju)合(he)物基復合(he)材(cai)料(liao)(liao)是一類新(xin)型材(cai)料(liao)(liao)，在性(xing)能(neng)（如耐磨(mo)性(xing)）提高(gao)的(de)同時，還表現出(chu)一些新(xin)的(de)性(xing)能(neng)（如吸波性(xing)能(neng)）。特(te)別是對納(na)米(mi)無(wu)機(ji)填(tian)料(liao)(liao)改性(xing)高(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料(liao)(liao)所(suo)制備的(de)復合(he)材(cai)料(liao)(liao)而(er)言，在填(tian)料(liao)(liao)和基體(ti)之間(jian)形成了松散材(cai)料(liao)(liao)體(ti)積分(fen)數更大的(de)界面層，所(suo)以在填(tian)料(liao)(liao)含(han)量非常低的(de)條(tiao)件下就(jiu)可以對材(cai)料(liao)(liao)的(de)性(xing)能(neng)產(chan)生很大影響。這種特(te)性(xing)尤其有(you)利于提高(gao)熱固性(xing)樹脂基復合(he)材(cai)料(liao)(liao)的(de)耐磨(mo)性(xing)。

?????? 紀秋龍等用(yong)納米SiC對環氧(yang)樹脂進行了填充改性(xing)并對改性(xing)后復合材料(liao)的摩(mo)擦(ca)學性(xing)能進行了研究。由于納米SiC與(yu)環氧樹脂之間(jian)相容性(xing)較差，他們先對納米SiC進行(xing)了(le)表面(mian)大分(fen)子接枝預(yu)處理(li)，在其表面(mian)引人(ren)聚(ju)丙烯酞胺，一方面(mian)改(gai)善了(le)納米SiC在環(huan)氧樹脂基體中的分散性；另(ling)一方面也通(tong)過(guo)引人的酞胺(an)基團(tuan)與(yu)環(huan)氧樹脂反應，通(tong)過(guo)化學鍵緊密聯(lian)結起(qi)來(lai)，從而更有效地(di)發(fa)揮納米SiC的作用。結果表明，經納米(mi)SiC填(tian)充的(de)復合(he)材料的(de)耐磨(mo)性(xing)比未改性(xing)的(de)環氧樹脂提(ti)高(gao)了(le)近(jin)4倍，摩擦系(xi)數降低了(le)36％。Nathaniel chishohn等系統地研(yan)究了不同含(han)量（1.5％~3.0％，質量分數，下同）的納米SiC填充(chong)環氧樹脂后樹脂性能的變化，結果發現，經(jing)1.5％的納米(mi)SiC填充改性(xing)后，樹脂(zhi)的(de)(de)力(li)學(xue)性(xing)能比純樹脂(zhi)的(de)(de)有明顯提高，拉伸模量提高了(le)44.9％，拉伸強度(du)提高(gao)了(le)15.8％。

??????? 還(huan)有人將(jiang)粒徑為10nm和30nm的(de)微晶(jing)SiC摻人聚乙烯(xi)基咔(ka)唑(zuo)和(he)香豆素的(de)共混(hun)物中，并(bing)測(ce)量了得到的(de)復(fu)合材(cai)料的(de)線性電致(zhi)發(fa)光效應(ying)。在摻人了納(na)米微晶(jing)SiC后，無(wu)論在靜(jing)(jing)態(tai)區(qu)域(yu)(yu)還是在光(guang)引發區(qu)域(yu)(yu)，測定線性(xing)電(dian)致發光(guang)效應系(xi)數的(de)響應都明顯增大。但相對于靜(jing)(jing)態(tai)區(qu)域(yu)(yu)而(er)言(yan)，光(guang)引發區(qu)域(yu)(yu)的(de)線性(xing)電(dian)致發光(guang)效應系(xi)數要更大一些。在這種客體(ti)一主體(ti)材料中，納米(mi)微晶SiC與其(qi)周圍聚合物之間的(de)界面層在(zai)電(dian)(dian)致發光(guang)效應(ying)中起主導作用。雖然估算出來的(de)線(xian)性電(dian)(dian)致發光(guang)效應(ying)系數比已知的(de)無機(ji)電(dian)(dian)致發光(guang)晶體低，但是(shi)在(zai)復(fu)合材料的(de)均一區域上所得到的(de)測(ce)量值卻大得多。

??????? 李家俊等(deng)研究了(le)SiC纖維(wei)體(ti)積含量小于2％的環氧樹脂/碳化(hua)硅纖維(wei)(wei)復合吸(xi)(xi)波(bo)材料不同排布(bu)(bu)(bu)的(de)吸(xi)(xi)波(bo)性能。結果表明，碳化(hua)硅纖維(wei)(wei)吸(xi)(xi)波(bo)性能與纖維(wei)(wei)的(de)排布(bu)(bu)(bu)間(jian)距和纖維(wei)(wei)含量密切相關；正交(jiao)排布(bu)(bu)(bu)試樣(yang)的(de)吸(xi)(xi)波(bo)效果總體上優(you)于平行排布(bu)(bu)(bu)試樣(yang)；在頻率大于8 GHz、SiC纖維的間距為4mm如和SiC纖維含量為1600根／束時(shi)的正(zheng)交排布方式下獲得了-10 dB以下的反射衰(shuai)減。

??????? K.Kueseng和K.I.Jacoi先將納米SiC分散在(zai)天然橡膠（NR）的聚合(he)物溶(rong)液中，然后用蒸發干燥(zao)的方法(fa)除去溶(rong)劑、最終制(zhi)得了橡(xiang)膠(jiao)納米復合(he)材料。研(yan)究發現,SiC含量為1.5％的(de)橡膠(jiao)試(shi)(shi)樣的(de)斷裂應變(bian)比硫化后(hou)的(de)純橡膠(jiao)試(shi)(shi)樣減少了20%；試樣(yang)的初始模量隨著SiC含量的增加(jia)而增大，在SiC含量為1.5％時(shi)達到最(zui)大值。1.5％的SiC填充改性的(de)NR的(de)初始模量為1.44MPa極(ji)限強度(du)為9MPa，斷裂伸長(chang)率為64.8％。而另(ling)有報(bao)道(dao)說40％的碳(tan)黑填充改性的NR的(de)初始模量為(wei)1.6 MPa;極限強度為10.6MPa，斷(duan)裂伸長(chang)率為434%。

??????? Hassan Mahfuz等(deng)利(li)用超聲波將納米SiC均勻地分(fen)(fen)散在液態的聚氨酯(zhi)泡沫(mo)中(zhong)，并(bing)將這種混(hun)合物(wu)澆(jiao)鑄(zhu)到矩(ju)形模(mo)具(ju)中(zhong)制(zhi)成(cheng)了納米泡沫(mo)塑料(liao)板。熱(re)重(zhong)分(fen)(fen)析發(fa)現(xian)，純聚氨酯(zhi)泡沫(mo)塑料(liao)的熱(re)分(fen)(fen)解溫(wen)度為388℃，SiC含量為1%的(de)泡沫塑料的(de)熱分解溫度為(wei)433℃，而SiC含(han)量為3％時熱(re)分(fen)解溫度為(wei)379℃。出現熱分(fen)解(jie)溫度降低在宏觀上可能是由于雜質在本體(ti)溶液中的依數性熱力(li)學效應(ying)所(suo)導致。通過掃(sao)描電鏡分(fen)析發現，當SiC含量為1％時(shi)，晶(jing)胞尺寸增大(da)到了535μm，但(dan)有(you)一定數(shu)量的晶胞坍(tan)塌了；當SiC含(han)量增(zeng)加到(dao)3%時，幾乎所(suo)有的晶(jing)胞(bao)都坍塌了佘(she)這與熱重分析得到的結果一致，說明SiC的填充量應在1％~3％之(zhi)間，超過這個范(fan)圍可能起(qi)不到有效的增強作(zuo)用。

????????3 聚(ju)合物(wu)表(biao)面包覆改性SiC

??????? 粉體的表(biao)面包覆(fu)改(gai)性是(shi)指(zhi)在原來(lai)單一組(zu)分的基元物(wu)質表(biao)面上均(jun)勻(yun)地引人1種或多(duo)種其他物(wu)質；以改(gai)變原(yuan)來基(ji)元物(wu)質基(ji)本性質的(de)方法。它(ta)最(zui)終(zhong)使由(you)這些改(gai)性原(yuan)料生產出的(de)材(cai)料的(de)性能得(de)到提高，功能和(he)用途得(de)到擴大，同時也使材(cai)料制造和(he)成型(xing)工藝得(de)到進一步完善和(he)發展。表(biao)面(mian)包覆技術是(shi)制造此(ci)類刁劉刊斗(dou)的(de)關鍵技術。王蘋等先(xian)用有機(ji)硅烷(wan)偶聯劑對SiC粉體(ti)進行預處理，然后(hou)使甲基丙烯酸甲酯在(zai)引發劑作用下在(zai)SiC粉(fen)體表面發生乳液聚合(he)反應，對SiC粉體表(biao)面進行了聚(ju)電解質包覆改性價(jia)改性得(de)到的復合材料粒子表(biao)面具有很強的疏水性，有些樣(yang)品幾(ji)乎完全不溶于水。有研究表(biao)明，在SiC懸浮水溶液中，以FeCl3為(wei)氧化(hua)劑，聚(ju)(ju)吡(bi)咯可以發生氧化(hua)聚(ju)(ju)合(he)反應(ying)包覆在SiC粒子的(de)表面，形成(cheng)一種新(xin)型SiC/聚吡咯(ge)導電復(fu)合(he)材料。這種復(fu)合(he)材料電導率的大(da)小(xiao)主要由聚毗咯(ge)在(zai)SiC表面(mian)的含量(liang)所決定。聚吡咯為(wei)35%時復合(he)材(cai)料(liao)的電導(dao)率(lv)約(yue)為2S/cm，與(yu)用向樣的(de)(de)氧化劑在(zai)向樣制備(bei)條件不制得的(de)(de)純聚吡咯粉末(mo)的(de)(de)電導率在(zai)同一數量級范圍內。??

?????? ?4 硅離(li)子注放改性聚合物??

?????? ?離子注人(ren)聚(ju)合物表面(mian)改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)是當(dang)前(qian)國際(ji)上極為關注的研究課題。采用離子注人(ren)可以有效地改(gai)善聚(ju)合物表面(mian)物理(li)和化學特性(xing)(xing)(xing)(xing)，例如提高其表面(mian)強(qiang)度，增強(qiang)抗磨損性(xing)(xing)(xing)(xing)，改(gai)善導電性(xing)(xing)(xing)(xing)和光學性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。

?????? ?吳瑜光等采用離子注人的(de)方(fang)法將Si離(li)子注(zhu)人到聚對苯二甲酸乙二醇(chun)酯(PET)薄膜中。紅(hong)外(wai)吸收測量(liang)結果(guo)表明了SiC和C顆粒(li)的形成。這些顆粒(li)的形成增強了(le)注入層表面強化(hua)效果，改善(shan)了(le)PEF薄(bo)膜的表面導電性能(neng)。PET薄膜的表面電(dian)阻率隨著Si離子注人量(liang)的增加而明顯(xian)不降。當Si離子的注(zhu)人量為(wei)2x1017cm-2時，PET薄膜的(de)表面(mian)電阻率小于7.9Ω·m。表面硬(ying)度和彈性(xing)模量分(fen)別(bie)比未注入時(shi)提(ti)高了(le)12.5倍和2.45倍。此外，Si離子注人的(de)(de)薄膜表面劃痕(hen)比未注入的(de)(de)劃痕(hen)窄而淺，說明薄膜的(de)(de)表面抗(kang)磨損性能得到了極(ji)大的(de)(de)增強。

????????5 聚合物接技(ji)改性SiC

?????? ?超細粉體研磨粉碎后(hou)，在其新生表面(mian)產生一系(xi)列的變化(hua)，如孿晶、位錯裂縫(feng)或雜質等缺陷，使粒子表面(mian)具有可以(yi)發生自由基反應(ying)的活性點，在適(shi)當的條件下，聚合(he)物活勝單(dan)體可以(yi)在這些活性點上反應(ying)接枝于粒子表面(mian)，再(zai)引發聚合(he)反應(ying)而得到包覆性固體顆粒。在接枝共聚反應(ying)中，人們(men)常常采用偶聯(lian)劑(ji)（鈦(tai)酸酯(zhi)類(lei)、有機(ji)硅烷類(lei)、鋁(lv)酸酯(zhi)類(lei)及磷酸酯(zhi)類(lei)）先對(dui)粉體進行(xing)預處理(li)。以(yi)有機(ji)硅烷類(lei)偶聯(lian)劑(ji)為例，它(ta)是一種(zhong)具有雙親(qin)結構基團的物質，它(ta)水解后(hou)可以(yi)和無機(ji)粉體表面(mian)的-OH反應(ying)、形成牢固(gu)的化學鍵；而經偶聯劑處理后的粉體中因含(han)有偶聯劑的另一部分親和性(xing)基團(tuan)，也能(neng)產(chan)生(sheng)活(huo)性(xing)中心(xin)，從而可以引(yin)發接(jie)枝共(gong)聚反應(ying)）。一般來說，聚合物接(jie)枝改性(xing)也會對粒子產(chan)生(sheng)表(biao)面包(bao)覆作(zuo)用。

??????? 魏明坤等先(xian)將(jiang)SiC粉體用偶聯劑(ji)KH-550處理(li)，然(ran)后再將(jiang)已經(jing)處理(li)過的SiC粉體(ti)和聚(ju)甲(jia)(jia)基丙烯酸甲(jia)(jia)酯發(fa)生接枝共聚(ju)反應。結果表明，用聚(ju)甲(jia)(jia)基丙烯酸甲(jia)(jia)酯接枝改性SiC粉體，掩蓋了粉體原有的性質，有效地(di)防(fang)止了粉體的團(tuan)聚(ju)。而用這種改(gai)性后(hou)的SiC粉(fen)體制備的(de)料漿，Zeta電位增(zeng)大，流(liu)動性(xing)(xing)變(bian)好，且在保證成(cheng)型流(liu)動性(xing)(xing)的條件下，將漿料的固相含量從40%（體積分數）提高到了50%。

?????? 吉(ji)曉(xiao)莉(li)等研究發現(xian)，丙(bing)烯酰胺(an)與經過(guo)偶聯(lian)劑KH-550預處理的SiC粉體(ti)可(ke)以發生接枝共聚反應(ying)，并在粉體(ti)表面形成偶聯劑和丙烯酞胺的雙包覆層(ceng)。測試分析結果(guo)表明，偶聯劑處理(li)的SiC粉(fen)體(ti)經共(gong)聚反(fan)應(ying)后(hou)，透射電鏡照片不但反(fan)映出粉(fen)體(ti)表(biao)面(mian)包覆上了(le)一層(ceng)有機物，還顯示(shi)出這(zhe)層(ceng)有機物非常完(wan)整地覆蓋了(le)粉(fen)體(ti)原有的表(biao)面(mian)。而紅外吸收(shou)光譜則顯示(shi)出偶(ou)聯劑與粉(fen)體(ti)表(biao)面(mian)的羥基(ji)發生了(le)反(fan)應(ying)，形成了(le)第一包覆層(ceng)；而丙烯酞胺與改性SiC的接枝共聚反應(ying)產物(wu)以及它自身的聚合產物(wu)聚丙烯酞(tai)胺則形成了(le)第二(er)包覆層(ceng)(ceng)。正是這第二(er)層(ceng)(ceng)包覆物(wu)質有(you)效地改善(shan)了(le)SiC粉(fen)體(ti)水(shui)基分散時的穩定性，同時也提高了粉(fen)體(ti)的分散性能。

??????? 為了克服納(na)米粒(li)子在高(gao)分子材料中分散時(shi)容易團(tuan)聚結塊的缺(que)點，Ron9 Min Zhi等采(cai)用接枝共聚的(de)方法在納米SiC粒子表面引(yin)人了聚(ju)丙烯酞胺(an)，并對改(gai)性(xing)(xing)粒子填充環氧樹脂的摩(mo)擦(ca)性(xing)(xing)能進行了研(yan)究。從未改(gai)性(xing)(xing)和接枝改(gai)性(xing)(xing)SiC粒子的掃描電鏡照片中可以看出，未改(gai)性的SiC粒(li)子(zi)的(de)(de)(de)直徑比廠家給出(chu)的(de)(de)(de)大(da)得多，這說明(ming)未改性的(de)(de)(de)納米粒(li)子(zi)出(chu)現了嚴重的(de)(de)(de)結(jie)(jie)塊現象。而經接(jie)枝改性之后(hou)，在結(jie)(jie)塊區(qu)(qu)域周圍出(chu)現了一層薄膜和很多微小的(de)(de)(de)粒(li)子(zi)。這說明(ming)接(jie)枝單體穿透了納米粒(li)子(zi)的(de)(de)(de)結(jie)(jie)塊區(qu)(qu)域，并且在該區(qu)(qu)域內外同(tong)時聚合。接(jie)枝改性SiC粒子填充(chong)環氧樹脂(zhi)比(bi)未改(gai)性(xing)SiC粒(li)(li)子(zi)填充改(gai)性(xing)環氧樹(shu)脂的(de)摩擦因(yin)數和(he)比磨損率都小得多。此外，他們還(huan)發(fa)現，在(zai)環氧樹(shu)脂中加人少量納米粒(li)(li)子(zi)后樹(shu)脂耐磨性(xing)的(de)提高不(bu)僅與納米粒(li)(li)子(zi)本(ben)身有(you)關，還(huan)與粒(li)(li)子(zi)的(de)摻入所(suo)引起(qi)的(de)基體的(de)增強作用有(you)關。

?????? 6 結語
?????? 近(jin)年來研究發現，聚(ju)合物(wu)基復合材料用少量堅硬的無(wu)機物(wu)改性(xing)就(jiu)可以顯著地提高其力學(xue)性(xing)能(neng)和熱學(xue)性(xing)能(neng)。SiC有機-無機復合材(cai)料(liao)就是一類(lei)用SiC陶瓷改性的(de)(de)聚合(he)物基復合(he)材料(liao)。現在(zai)(zai)這類復合(he)材料(liao)被廠泛地(di)應用在(zai)(zai)包裝(zhuang)工業(ye)(ye)、涂料(liao)工業(ye)(ye)電子工業(ye)(ye)、汽車(che)工業(ye)(ye)及舫空航天(tian)等工業(ye)(ye)。相信在(zai)(zai)不久的(de)(de)將來，隨著SiC有機(ji)－無機(ji)復合材料應用領(ling)域的(de)不斷拓寬改性研(yan)究的(de)不斷深人,SiC陶(tao)瓷將在更多領域發揮更大(da)的作用。