[發(fā)明專利]一種柔性多晶碳化硅微納米纖維氈的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310279019.X
• 申請(qǐng)日: 2013-07-04
• 公開（公告）號(hào): CN103320966A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余煜璽;陳勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): D04H1/4326
• 分類號(hào): D04H1/4326;D04H1/728;D06C7/04
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳化硅纖維氈，尤其是涉及耐超高溫、纖維直徑為微納米級(jí)的一種柔性多晶碳化硅微納米纖維氈的制備方法。

背景技術(shù)

聚碳硅烷（PCS）先驅(qū)體制備的碳化硅（SiC）纖維，無論其純度如何，在高溫下均能形成純度較高的β-SiC結(jié)晶，隨著溫度的進(jìn)一步升高，β-SiC微晶長大，造成SiC纖維粉化，嚴(yán)重影響了其高溫力學(xué)性能。為制備出綜合性能優(yōu)異的SiC纖維，大量研究致力于對(duì)SiC先驅(qū)體進(jìn)行物理或化學(xué)改性，通過引入異質(zhì)元素，尤其是含鋁、硼、釔、鋯、鈦、鐵等異質(zhì)元素，抑制高溫?zé)Y(jié)時(shí)SiC晶粒的長大，從而提高纖維的高溫性能，得到的耐超高溫型SiC纖維。引入異質(zhì)元素對(duì)先驅(qū)體進(jìn)行改性，其優(yōu)點(diǎn)是不需要對(duì)先驅(qū)體法制備SiC纖維工藝路線進(jìn)行很大改進(jìn)，只需在先驅(qū)體中引入少量的異質(zhì)元素，從而大幅改善SiC纖維的某些性能，如耐溫性、電磁性能、致密性、結(jié)晶性等。

目前制備含異質(zhì)元素的碳化硅纖維主要通過熔融紡絲得到先驅(qū)體纖維，隨后經(jīng)過不融化處理和高溫?zé)Y(jié)制備得到含異質(zhì)元素耐高溫碳化硅纖維，燒結(jié)溫度達(dá)到1600℃以上可以得到多晶碳化硅纖維。中國專利CN?1168859C報(bào)道，中國人民解放軍國防技術(shù)科技大學(xué)將聚碳硅烷和燒結(jié)助劑共混后利用熔融紡絲技術(shù)得到先驅(qū)體纖維，隨后經(jīng)不融化處理和高溫?zé)Y(jié)得到耐高溫多晶碳化硅纖維。通過該方法制備的多晶碳化硅纖維通常為單絲纖維，直徑在10～20μm，大尺寸纖維脆性大柔性差，得到的單絲纖維需集束編織后方可使用，極大地限制了SiC纖維的應(yīng)用。同時(shí)，熔融紡絲過程中紡絲助劑和燒結(jié)助劑的引入會(huì)影響SiC纖維的純度和結(jié)構(gòu)，最終影響其綜合性能。

靜電紡絲技術(shù)是一種可以直接連續(xù)制備納米纖維簡(jiǎn)單而且有效的方法，也是目前最有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備納米纖維的有效方法，所得纖維直徑一般在幾十到幾千納米之間，而由此得到的微納米纖維具有較大的長徑比，且具有納米材料的小尺寸效應(yīng)。通過改變紡絲體系、調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，可對(duì)纖維直徑和形貌進(jìn)行有效控制。楊大祥、孫東飛等人利用該法制備了非晶無定型SiC亞微米纖維，但是該SiC亞微米纖維耐高溫性能不超過1000℃，尤其不能在高溫空氣氣氛中使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供柔性好、耐1600℃以上高溫不粉化、纖維直徑在1.5μm左右，比強(qiáng)度比模量大、易于裁剪加工、制備方法可控、工藝簡(jiǎn)單，適宜可連續(xù)大規(guī)模制備的一種柔性多晶碳化硅微納米纖維氈的制備方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1）將含異質(zhì)元素聚碳硅烷溶于預(yù)先備好的紡絲溶劑中，得到先驅(qū)體紡絲溶液；

2）采用靜電紡絲機(jī)將步驟1）所配制的先驅(qū)體紡絲溶液進(jìn)行靜電紡絲，得到先驅(qū)體纖維氈；

3）將步驟2）所得到的先驅(qū)體纖維氈干燥后，隨即進(jìn)行氧化交聯(lián)，保溫后，在惰性氣氛中進(jìn)行熱解和煅燒后，即得柔性多晶碳化硅微納米纖維氈。

在步驟1）中，所述含異質(zhì)元素聚碳硅烷可選自含鋁、硼、釔、鋯、鈦、鐵等異質(zhì)元素聚碳硅烷；所述紡絲溶劑可選自甲苯、二甲苯、四氫呋喃、二甲基甲酰胺、乙醇、丙酮等中的至少一種；所述先驅(qū)體紡絲溶液的濃度可為0.5～2.0g/mL。

在步驟2）中，所述靜電紡絲機(jī)可直接市購，靜電紡絲機(jī)的輸出電壓設(shè)定為10～25kV，接收距離可為5～20cm，注射流量可為1.0～4.0mL/h，噴頭可采用8號(hào)金屬針頭。

在步驟3）中，所述干燥的溫度可為50℃；所述氧化交聯(lián)的溫度可為150～200℃；所述保溫的時(shí)間可為2～3h；所述熱解和煅燒的溫度可為1600～1800℃。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明采用靜電紡絲技術(shù)與先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備陶瓷技術(shù)相結(jié)合制備的柔性多晶碳化硅微納米纖維氈，制備工藝簡(jiǎn)單、紡絲條件溫和、所得纖維為多晶纖維、直徑小且纖維氈表現(xiàn)出柔性、耐高溫性好，易于加工使用，可避免因在高溫、酸堿等惡劣條件下出現(xiàn)粉化和腐蝕導(dǎo)致綜合性能降低，是惡劣條件下特種增強(qiáng)材料、催化劑載體等優(yōu)良選材。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的柔性聚鋁碳硅烷纖維氈實(shí)物圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的柔性多晶碳化硅微納米纖維氈實(shí)物圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的柔性多晶碳化硅微納米纖維氈SEM圖。在圖3中，標(biāo)尺為500nm。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備的柔性多晶碳化硅微納米纖維氈XRD圖。在圖4中，橫坐標(biāo)為衍射角(°)，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度；標(biāo)記○為β-SiC，●為α-SiC。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。