随着微电子与电力工程技术领域的迅速发展,对可用于航天发动机和重型燃气轮机等高温系统中在线监测的长寿命高精度高温压力传感器需求不断增加。这类传感器主要用于监测系统的动态温度、压力、热流量、以及结构的应力/应变等物理参数。所得参数将用于系统的反馈控制、优化设计和安全监测,进而提高系统的效率、安全性和降低污染。其中,高温压力传感器是下一代发动机和燃气轮机的核心技术,是目前世界各主要国家都将其列为优先发展的领域之一。然而目前的高温压阻材料已无法满足现有需求,例如SiC虽能在高温下工作,但其压阻系数只有40左右,灵敏度低且加工困难。聚合物转化陶瓷因具有非常良好的高温稳定性及极其优异的高压阻系数被视为是一种非常有潜力的高温温度/压力传感器材料。本文以聚合物转化SiCN陶瓷在温度/压力传感器上的应用为背景,选取中国科学院化学研究所提供的商业化聚硅氮烷为前驱体,详细研究了SiCN陶瓷的显微结构和压阻性能随裂解温度的演变规律,建立了陶瓷电学性能和显微结构的关系,分析了影响陶瓷压阻特性的关键因素,为陶瓷压阻性能调节提供了理论基础。主要研究内容和结果如下:(1)研究了非晶态SiCN陶瓷的显微结构及其在1100~1400℃范围内随裂解温度的演变规律。结果表明非晶态SiCN陶瓷包含硅基体相和游离碳相两部分基本结构。随裂解温度升高,Si-C/Si-N键的比例不变。通过组分分析和XRD测试发现,在1100~1400 ~oC裂解温度范围内,SiCN试样质量和化学成分基本保持不变,试样无明显结晶,为非晶态结构。拉曼分析表示随裂解温度升高,陶瓷内游离碳由sp~3杂化向sp~2杂化转变,转变激活能为3.26 eV,同时缺陷浓度减少、有序度增加,碳相尺寸逐渐增大,由无定形碳向纳米石墨晶转变。(2)研究了非晶态SiCN陶瓷的直流电性能1100~1400℃范围内随裂解温度的演变规律,建立了电学性能与显微结构的关系。结果表明裂解温度由1100℃增加到1400℃时,陶瓷电导率增加了3个数量级,陶瓷电导率增加的激活能与游离碳由sp~3杂化向sp~2杂化转变的激活能接近,说明陶瓷电导率与游离碳的状态直接相关。在1100~1400℃裂解温度范围内,SiCN陶瓷表现出良好的压阻性能,研究了裂解温度对非晶态聚合物转化陶瓷压阻性能的影响,在1200~1400℃裂解的陶瓷压阻曲线符合隧穿模型。非晶态SiCN压阻性能随裂解温度的变化源于SiCN内游离碳结构的变化。随着裂解温度的升高,游离碳相尺寸增大,导致游离碳间距增大,即隧穿模型中的临界浓度增大,从而更易发生隧穿效应,导致1400℃裂解陶瓷具有比1200℃裂解陶瓷更高压阻系数。(3)放电等离子烧结晶态SiCN陶瓷具有非常良好的压阻性能,且内部含大量的C=C键。其压阻数据都符合隧穿效应模型,即放电等离子烧结陶瓷高压阻性能还是由隧穿效应所产生。对于热压烧结的样品,由于陶瓷内不含C=C键,在实验中其压阻性能表现为SiC材料本身的压阻性能。所以陶瓷由隧穿效应产生的压阻效应是由陶瓷内C=C键所决定的。