[發明專利]一種以鎵為脫氧劑制備含鈹碳化硅陶瓷纖維的方法

有效

• 申請號: 201811527089.1
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109574708B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 黃小忠;唐云;王春齊;彭立華
• 申請（專利權）人: 湖南澤睿新材料有限公司
• 主分類號: C04B41/88
• 分類號: C04B41/88;D01F9/08;C04B35/565
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發明涉及一種以鎵為脫氧劑制備含鈹碳化硅陶瓷纖維的方法，屬于碳化硅纖維制備技術領域。本發明以含鈹的SiC陶瓷先驅體為原料；通過熔融紡絲，制得PBCS原絲；PBCS原絲經不熔化處理；得到不熔化處理后的原絲；不熔化處理后的原絲，經鎵浴，得到脫氧后的原絲；所述鎵浴的溫度為29.76～100℃；所得脫氧后的原絲進行高溫處理，然后在進行鎵浴；最后在600℃以上進行回火，得到成品。本發明制備工藝合理，所得產品性能優良，便于大規模的工業化應用。

技術領域

本發明涉及一種以鎵為脫氧劑制備含鈹碳化硅陶瓷纖維的方法，屬于碳化硅纖維制備技術領域。

背景技術

SiC陶瓷具有高強度、高模量、耐高溫、抗腐蝕、抗氧化、低密度等優異性能，強度可保持到1600℃，陶瓷抗氧化性能達1300-1700℃，從使用溫度和抗氧化等綜合性能來看，SiC陶瓷是用于超高溫工作部件的首選材料，在高新技術領域具有廣泛的用途。

目前限制SiC陶瓷性能提高的最大問題是：高溫下β-SiC晶粒過分長大。為了解決這一問題，在制備SiC陶瓷先驅體過程中引入高熔點化合物或異質元素，制備含異質元素的SiC陶瓷，己成為當今高性能SiC陶瓷材料發展的主流(黎陽，2012，化工新型材料)。如(Ishikawa，1998，Nature；Hiroyuki，1999，J.Mater.Sci)等文獻報道的含鋁碳化硅纖維和含鋯碳化硅纖維在惰性氣體中分別能耐2200和1773℃。

輕金屬鈹具有密度低、熔點高、彈性模量高、導熱性好、熱穩定性好、抗腐蝕性強等優點，廣泛應用于飛機、火箭和原子能工業中，在SiC陶瓷纖維中摻雜鈹元素，有望獲得綜合性能更好、應用領域更廣的碳化硅纖維。實踐證明目前已經獲得了能耐1300℃高溫的含鈹SiC陶瓷纖維，綜合了鈹和碳化硅兩種材料的優點，在航空、航天等領域具有非常廣闊的應用前景。

先驅體轉化法是制備高性能含鈹SiC陶瓷纖維及其復合材料的最有效的方法，目前在制備含鈹碳化硅纖維的方法還不多見，專利CN101492285A公開了一種方法，即通過在有機溶劑或水中將高分子聚碳硅烷和小分子含鈹化合物混合，在一定條件下反應得到含鈹聚碳硅烷，然后通過熔融紡絲或甩絲的方法得到先驅體纖維，然后通過不熔化處理、高溫燒成得到含鈹纖維。該工藝中，主要問題在于先于較高溫度下制備小分子，然后在比較低的溫度下，實現聚碳硅烷和小分子含鈹化合物的反應。這樣操作的不利之處在于成品的穩定性有一般，主要原因是高分子聚碳硅烷的位阻效應會導致鈹與聚碳硅烷之間反應不充分、不均勻，同時其所得產品的性能也還存在一定的提升空間。另外，直接采用高分子聚碳硅烷作原料，成本也較高。專利CN107473748A提供了一種低成本、高質量的含鈹碳化硅纖維的制備方法；但該專利中并未涉及如何進一步降低碳化硅纖維內部氧含量的技術。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述缺點，提供一種工藝簡單、成本低廉的高性能含鈹碳化硅纖維的制備方法。

本發明一種以鎵為脫氧劑制備含鈹碳化硅陶瓷纖維的方法，包括下述步驟：

步驟一

以含鈹的SiC陶瓷先驅體為原料；通過熔融紡絲，制得PBCS原絲；

步驟二

PBCS原絲經不熔化處理；得到不熔化處理后的原絲；

步驟三

不熔化處理后的原絲，經鎵浴，得到脫氧后的原絲；所述鎵浴的溫度為29.76～100℃；

步驟四

對步驟三所得脫氧后的原絲進行高溫處理，得到半成品；所述高溫處理是在保護氣氛下，于1200-1300℃保溫至少0.5h；

步驟五

將步驟四所得半成品再進行鎵浴；然后于保護氣氛下在600℃以上回火，得到產品。