[發明專利]一種連續硅硼氮基陶瓷纖維的制備方法

無效

• 申請號: 201110410000.5
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN102515771A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 余木火;彭雨晴;韓克清;王征輝;鄧智華;劉振全;張婧;孫澤玉;李欣達;牟世偉;李爽
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發明屬于陶瓷纖維的制備領域，特別涉及一種連續硅硼氮基陶瓷纖維的制備方法。

背景技術

硅硼氮基陶瓷是現代戰爭的需要和導彈技術的飛速發展而誕生的新型材料，硅硼氮基陶瓷材料具有工作溫度高、高溫燒蝕率低、性能穩定、不吸潮、強度高和透波性等優點，可滿足高馬赫數導彈的使用要求。但是陶瓷材料有一個致命的缺點——脆性，已經有很多學者研究方法解決這一世界公認的問題，最終發現纖維作為增強體是一個很有效的方法。因此硅硼氮陶瓷纖維的研究成為關鍵。硅氮硼陶瓷纖維兼具了Si₃N₄纖維的高強度和BN纖維的高溫穩定性的優點，同時具有透波性能，因此有望成為新一代高溫透波復合材料的候選增強材料。如此重要的一種材料受到了國際上的關注，目前國際上主要采用前驅體聚合物轉化法制備硅氮硼陶瓷纖維。國外主要的研究與開發機構包括日本Shin?Etsu化學公司和東業燃料公司、德國Bayer公司、德國波恩大學、法國里昂大學、美國麻省理工學院、賓夕法尼亞大學、東華大學、國防科技大學等。大多研究機構都報道了SiBNC陶瓷纖維的制備，SiBN陶瓷纖維制備的報道僅有德國馬普所M.Jasen提出了一種制備路線，但并沒有展示出實物；國內國防科技大學也有SiBN陶瓷纖維的相關報道，但僅限于實驗室規模的短纖制備。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種連續硅硼氮基陶瓷纖維的制備方法，該方法所得的前驅體聚合物初生纖維是在惰性氣體保護下制備，有效抑制了氧元素的引入，提高了無機陶瓷纖維的抗氧化性能；原料成本低，工藝穩定且易于調整，很適應規模化生產。

本發明的一種連續硅硼氮基陶瓷纖維的制備方法，包括：

(1)將前驅體聚合物聚硅氮硼烷于120-250℃隔絕空氣和水分下進行熔融紡絲，得前驅體聚合物纖維；

(2)前驅體聚合物纖維的不熔化處理及其除碳：將上述前驅體聚合物纖維放入裂解爐，通入100-1000ml/min由活性氣體和惰性氣體組成的混合氣體，以0.5-5℃/min升溫至200-350℃保溫2-10h，得到交聯的不熔化纖維；

(3)前驅體聚合物纖維的初步無機化轉變及高溫裂解無機化：在通入上述混合氣體的情況下，繼續以0.5-5℃/min升溫至400℃～1000℃保溫2-10h，最后以0.5-5℃/min升溫至1200℃～1700℃保溫2-10h，得碳含量≤1.0％的連續硅氮硼陶瓷纖維。

所述步驟(1)中熔融紡絲時卷繞速度為50-1000m/min。

所述步驟(2)中的活性氣體為氨氣、BCl₃或DCMS，惰性氣體為氮氣或氬氣，活性氣體和惰性氣體的體積比為5∶95-95∶5。

所述步驟(2)和(3)中纖維的收絲速度為0.1-100mm/min。

有益效果

(1)本發明制得的前驅體聚合物初生纖維在氨氣氣氛下裂解到1600℃，可使得碳含量低于0.1％，具有透波性能；

(2)本發明所得的前驅體聚合物初生纖維是在惰性氣體保護下制備，有效抑制了氧元素的引入，提高了無機陶瓷纖維的抗氧化性能；

(3)本發明原料成本低，工藝穩定且易于調整，很適應規模化生產。

附圖說明

圖1為本發明實施例2的初生纖維(左)和陶瓷纖維(右)SEM照片，標尺分別為50μm和20μm；

圖2為本發明實施例3的XRD照片。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

實施例1