[發明專利]一種耐高溫陶瓷纖維的制備方法

有效

• 申請號: 200710035734.3
• 申請日: 2007-09-13
• 公開（公告）號: CN101148359A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 王軍;唐云;李效東;王浩
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: C04B35/515
• 分類號: C04B35/515;C04B35/622
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所
• 代理人: 寧星耀;寧岡

技術領域

本發明涉及一種耐高溫陶瓷纖維的制備方法，特別是涉及一種由有機硅聚合物通過高溫熱裂解轉化制備Si-B-N-(C)纖維的方法。

背景技術

由于具有高強度、高模量及優異的耐高溫氧化性、高溫抗熱震性和抗高溫蠕變性能，Si-B-N-(C)纖維在航空、航天等需要高強度、高模量、耐高溫、抗氧化、抗熱震、抗蠕變材料的領域中具有重要的應用前景。

目前，Si-B-N-(C)陶瓷纖維的制備從先驅體的合成路線角度看，可以分為聚合物路線和單體路線。

聚合物路線是指以含硼化合物對聚硅氮烷等含Si-N鍵的聚合物改性而得到Si-B-N-C先驅體。如Sneddon等用硼烷或環硼氮烷的衍生物對氫化聚硅氮烷改性得到Si-B-N-(C)陶瓷纖維先驅體，再通過熔融紡絲、不熔化處理、氮氣中高溫燒結得到Si-B-N-C纖維。這種路線得到的陶瓷先驅體中，元素分布很難達到原子、分子級的均勻，用其制成的陶瓷纖維在高溫下服役時，易產生分離而失效。

單體路線，是首先合成含Si、B、N、C四種元素的單體，這種單體常被稱為單源先驅體(Single?Source?Precursor)，然后以適當的方式使單源先驅體聚合，即可得到Si-B-N-C陶瓷先驅體。這種途徑得到的先驅體具有的組成和結構特征往往能保持到目標陶瓷產物中。如Jansen等以六甲基二硅氮烷、四氯化硅、三氯化硼等為起始原料，在低溫下經多步反應，首先合成單源先驅體Cl₃Si-NH-BCl₂(TADB)，再通過胺解反應得到N-甲基聚硼硅氮烷先驅體，經熔融紡絲，N₂中燒結，得到SiBN₃C陶瓷纖維。這種制備方法復雜，成本高，不利于推廣應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述缺陷，提供一種操作步驟簡單，生產成本較低，耐高溫性能好的Si-B-N-(C)陶瓷纖維的制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：以硼鹵烷、鹵硅烷、烷基胺化合物為起始原料，按硼鹵烷∶鹵硅烷的摩爾比為1∶10-10∶1，烷基胺過量的配比混合、反應，反應完成后將產物過濾，濾液即為低分子硼硅氮烷，然后將低分子硼硅氮烷在加熱的條件下高分子化，降溫后即得到聚硼硅氮烷先驅體；再將聚硼硅氮烷先驅體進行熔融紡絲，制得PBSZ原絲，再進行不熔化處理，保溫處理，即得Si-B-N-(C)纖維產品。

具體包括如下操作步驟：

(1)將帶攪拌裝置的反應器反復抽真空、充干燥氮氣至少三次，以排除其中的空氣和水分，將反應器預冷至零下8-12℃(優選10℃)

(2)將反應原料硼鹵烷、鹵硅烷及烷基胺按一定配比(硼鹵烷∶鹵硅烷的摩爾比的范圍為1∶10-10∶1，烷基胺為過量)加入反應器中；

所述硼鹵烷的分子式如下所示：

BX_aR¹_3-a

其中，鹵素X＝Cl，Br(優選X＝Cl)；R¹＝H、甲基、乙基、丙基、丁基或苯基等有機基團(優選R¹＝H、甲基；a＝1、2、3(優選a＝2，3)；所述硼鹵烷還可以是上述不同取代基的硼鹵烷的混合物；

所述鹵硅烷為烷基鹵硅烷，其分子通式為：

R²_mR³_nSiR⁴_(4-m-n)

其中烷基R²及R³＝H、甲基、乙基、丙基、丁基或苯基等有機基團(優選R²及R³＝H、甲基)??R²及R³可以相同也可不同；鹵素R⁴＝Cl，Br(優選R⁴＝Cl)；m及n＝0、1、2、3、4，m+n＜4(優選m+n＝2)且m、n不同時為0；所述鹵硅烷還可以是上述不同取代基的鹵硅烷的混合物；

所述烷基胺化合物的分子通式為：

R⁵_pR⁶_qN