[發明專利]一種非晶硅硼碳氮鋯陶瓷纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201710843915.2
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107500766B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 劉勇;崔永杰;彭帥;常雪峰;張晨宇;韓克清;張輝;余木火
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C04B35/515
• 分類號: C04B35/515;C04B35/622;D01F9/08
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 黃志達;魏峯

本發明涉及一種非晶硅硼碳氮鋯陶瓷纖維的制備方法，包括淡黃色液體的合成，淡黃色前驅體的合成，硅硼碳氮鋯前驅體初生纖維的合成，硅硼碳氮鋯前驅體不熔化纖維的合成，非晶硅硼碳氮鋯陶瓷纖維的合成。本發明的方法簡單，反應條件溫和，成本低；制備得到的非晶硅硼碳氮鋯陶瓷纖維表面光滑，組織均勻，結構致密，具有良好的力學性能、熱穩定性能和抗氧化性能。

技術領域

本發明屬于陶瓷纖維領域，特別涉及一種非晶硅硼碳氮鋯陶瓷纖維的制備方法。

背景技術

連續纖維增強陶瓷基復合材料具有高韌性、高比強度、高比模量以及熱穩定性好等優點，廣泛應用于航空航天等高技術領域。隨著宇航工業的進一步發展，要求陶瓷基復合材料具有耐1500℃以上高溫和更加優異的抗氧化耐燒蝕性能，而合適的陶瓷纖維是制備高溫陶瓷基復合材料的關鍵。含鋯(Zr)的陶瓷材料如ZrB₂和ZrC由于具有較高的熔點和熱導率、適中的熱膨脹系數和優異的抗熱震性能和高溫化學穩定性，目前主要用作高溫結構材料領域。但是由于其單體塊狀陶瓷具有本征脆性大、燒結溫度高和強度低等缺點，影響了其進一步廣泛使用。為了進一步拓展含Zr陶瓷材料的應用邊界，已應用多種工藝手段使其低維化，制備含Zr的陶瓷纖維是主要突破方向之一。

中國專利CN102786305A(公開日期2012.11.21)公開了一種制備連續硼化鋯陶瓷前驅體纖維的方法，該方法是以ZrOCl₂·8H₂O、硼酸、蔗糖溶液和檸檬酸水溶液為原料，混合均勻得到硼化鋯前驅體，然后與聚乙烯醇溶液混合，經濃縮、脫泡得到硼化鋯陶瓷纖維前驅體，最后經過計量泵、紡絲箱體、噴絲板進行連續紡絲，該方法的優點是紡絲液均勻以及可紡性好，缺點是前驅體纖維燒結轉化陶瓷產率低，得到的纖維孔隙率高，穩定性及力學性能較差。

中國專利CN10117285613A(公開日期2008.05.07)公開了一種多晶氧化鋯纖維的制備方法，該方法是將超細四方氧化鋯細粉與分散劑和水一同混合制成泥漿，然后采用擠出-凝固法成型，將泥漿通過直徑為50-30μm孔擠入凝固浴中制備氧化鋯纖維前驅體，最后經過燒結得到氧化鋯纖維，該方法的優點是制備工藝簡單，氧化鋯含量高，缺點是晶粒較大，且分布不均勻；此外得到的纖維長度較短，直徑較大，表面存在孔隙，纖維力學性能較低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種非晶硅硼碳氮鋯陶瓷纖維的制備方法，該方法簡單，反應條件溫和，制備得到的非晶硅硼碳氮鋯陶瓷纖維具有良好的力學性能、熱穩定性能和抗氧化性能。

本發明的一種非晶硅硼碳氮鋯陶瓷纖維的制備方法，包括：

(1)將六甲基二硅氮烷溶于溶劑中形成六甲基二硅氮烷溶液，將三氯化硼和氯硅烷溶于溶劑中形成混合溶液，將混合溶液加入到六甲基二硅氮烷溶液中，攪拌反應，得到淡黃色液體，其中六甲基二硅氮烷溶液的濃度為1-4mol/L，三氯化硼、氯硅烷和六甲基二硅氮烷的摩爾比為(1-2):(1.5-2):(6-12)；

(2)將二氯二茂鋯加入到步驟(1)中的淡黃色液體中攪拌反應，得到黃色前驅體，其中二氯二茂鋯與步驟(1)中六甲基二硅氮烷的摩爾比為(1-2):12；

(3)將步驟(2)中的黃色前驅體在氮氣環境下熔融紡絲，卷繞，得到硅硼碳氮鋯前驅體初生纖維，放入管式爐中反應，反應過程中通入混合氣體，得到硅硼碳氮鋯前驅體不熔化纖維，在氮氣環境下裂解，得到非晶硅硼碳氮鋯陶瓷纖維。

所述步驟(1)中溶劑為正己烷；混合溶液中三氯化硼的濃度為0.8-2mol/L；將混合溶液加入到六甲基二硅氮烷溶液中是在溫度低于-10℃條件下進行。

所述步驟(1)中氯硅烷為四氯硅烷、三氯硅烷、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷或甲基二氯硅烷。

所述步驟(1)中攪拌反應的具體步驟為：在室溫條件下攪拌8-16h，在溫度為120-150℃條件下攪拌3-4h，降溫至室溫。