[發明專利]一種高耐溫性碳化硅纖維的制造方法

有效

• 申請號: 200810031792.3
• 申請日: 2008-07-16
• 公開（公告）號: CN101319414A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 宋永才;楊大祥;王得印
• 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: D01F9/10
• 分類號: D01F9/10
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司
• 代理人: 魏國先

1.一種高耐溫性碳化硅纖維的制造方法，其特征在于：以聚碳硅烷PCS為原料，與含致密化元素Al、Y的有機化合物反應合成含Al、Y的聚碳硅烷即PACS、PYCS，再經過熔融紡絲制得連續PACS、PYCS纖維，將該纖維置于空氣與具有特定結構的低沸點、易揮發的不含氧的烯烴和炔烴類有機化合物氣氛中進行不熔化處理得到可控氧含量的不熔化纖維，將不熔化纖維置于高溫爐中惰性氣氛保護下進行高溫燒成與燒結，制得SiC纖維；上述烯烴為乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、環己烯、丁二烯中的一種，上述炔烴為乙炔、丙炔、丁炔、戊炔、己炔中的一種。

2.根據權利要求1所述的一種高耐溫性碳化硅纖維的制造方法，其特征在于具體制備過程如下：

(1)將原料PCS與含致密化元素Al、Y的有機化合物共溶于二甲苯中，在高純氮氣保護下邊攪拌邊加熱至蒸餾出二甲苯后繼續在300-350℃反應，并在最終溫度下保溫反應2-10小時；粗產物經二甲苯溶解后過濾，再加熱至300-360℃進行減壓蒸餾以除去溶劑和少量低分子物質，冷卻后得到PACS或PYCS；

(2)將上述PACS或PYCS置于熔融紡絲裝置的紡絲筒中，在高純氮氣保護下升溫加熱至300-400℃，待其全熔成均勻熔體并脫除殘余氣泡即脫泡處理后，在250-350℃，0.1-0.6MPa壓力下，以300-600m/min速度進行熔融紡絲，經過集束、收絲得到直徑為8-16um的連續PCS纖維；

(3)將上述PACS或PYCS纖維置于不熔化處理裝置中先進行空氣氧化處理，即在空氣氣氛中按10-20℃/小時的升溫速度加熱到180-220℃，保溫氧化處理2-4小時，接著用高純氮氣置換空氣后，加熱升溫并通入具有特定結構的低沸點、易揮發的不含氧的烯烴和炔烴類有機化合物氣體，按10-20℃/min升溫速度從100℃加熱到300-400℃，并在該溫度保溫處理2-4小時后，冷至室溫制得PACS或PYCS不熔化纖維；

(4)將上述PACS或PYCS不熔化纖維置于高溫爐中，在高純氮氣保護下，按100-200℃/小時的升溫速度升溫至1200-1300℃，并在該溫度下保溫處理1-2小時制得無定型態的SiC纖維；

(5)將上述無定型態的SiC纖維置于高純氬氣保護的高溫爐中，升溫至1800℃，并在該溫度下保溫燒結處理1-2小時后便可制得高結晶性高耐溫性SiC纖維。

3.根據權利要求1或2所述的一種高耐溫性碳化硅纖維的制造方法，其特征在于所述原料聚碳硅烷PCS為以Si-C鍵構成主鏈的有機硅聚合物，其分子結構單元為：

其中烷基R¹，R²＝H、-CH₂-、-CH-、Me、Et、Pt、Bt、Ph有機基團，它們可以相同也可以不同。

4.根據權利要求1或2所述的一種高耐溫性碳化硅纖維的制造方法，其特征在于所述含PACS或PYCS的合成中，以PCS為原料時，PCS的分子量即數均分子量Mn為800-2000，與含Al、Y的化合物的質量配比為1∶0.05-1∶0.15，合成溫度為200-350℃。

5.根據權利要求1或2所述的一種高耐溫性碳化硅纖維的制造方法，其特征在于在所述PACS或PYCS的合成中，也可混合引入致密化元素Al和Y，以PCS為原料時，PCS與含Al、Y的化合物的質量配比為1∶0.05-1∶0.15，其中，含Al、Y的化合物之間的質量配比為3∶1-1∶3，其它合成條件不變。

6.根據權利要求1或2所述的一種高耐溫性碳化硅纖維的制造方法，其特征在于所述PACS或PYCS纖維在空氣與具有特定結構的低沸點、易揮發的不含氧的烯烴和炔烴類有機化合物氣氛中的不熔化處理，采用先進行空氣氧化處理，再用高純氮氣置換空氣后通入具有特定結構的低沸點、易揮發的不含氧的烯烴和炔烴類有機化合物氣氛進行處理的方式，通過控制處理溫度與時間，使不熔化纖維中的氧含量控制在2-12wt％。