[發(fā)明專利]鈹、鉿共摻雜的碳化硅/氮化硼纖維及其制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109837612B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 吳寶林;侯振華
• 申請（專利權）人: 江西嘉捷信達新材料科技有限公司
• 主分類號: D01F9/10
• 分類號: D01F9/10;D01F1/10
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產權代理有限公司 11514
• 代理人: 高江玲

本發(fā)明涉及一種鈹、鉿共摻雜的碳化硅/氮化硼纖維及其制備方法與應用。包括以下步驟：首先制備鈹、鉿共摻雜的碳化硅/氮化硼先驅體，之后進行先驅體的熔融紡絲和碳化硅/氮化硼纖維的燒結處理。本發(fā)明在先驅體中引入鈹、鉿，硼和氮元素，在燒結過程中再次引入N元素，制備的碳化硅/氮化硼纖維中含有鈹、鉿，力學性能好，耐高溫性能極佳；特別是碳化硅/氮化硼纖維界面處有碳氮化硅納米，制備的碳化硅/氮化硼纖維常溫下強度3.7±0.2GPa，彈性模量270±20GPa；在1100℃空氣環(huán)境中處理100h后，強度保留率仍能達到86％以上，在高性能纖維領域內，例如電磁波透過材料的天線窗和天線罩等具有廣泛的實用價值和應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及高性能陶瓷纖維技術領域，具體涉及一種鈹、鉿共摻雜的碳化硅/氮化硼纖維及其制備方法與應用。

背景技術

碳化硅(SiC)纖維是一種高強高模、抗氧化、耐磨、耐腐蝕、比重小等優(yōu)良性的陶瓷纖維。世界各國先后對制備連續(xù)SiC纖維開展了廣泛的研究，在航空、機械、化工、航天、武器等高尖端領域具有極為廣泛的應用前景。目前，SiC纖維的強度可達3.0±0.4GPa，模量可達200±20GPa，使用溫度可達1000℃。由于其室溫強度較低及韌性不足而使其應用受到一定限制，為了提高碳化硅材料的強度和韌性，SiC纖維通過不同的界面處理，可適用于不同的聚合物基、金屬基、陶瓷基復合材料增強材料的強度和韌性。

目前，制備連續(xù)SiC纖維的主要方法有4種：先驅體轉化法(Polymer-Derived，PD)、化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)、活性碳纖維轉化法和超微細粉高溫燒結法，其中，只有先驅體轉化法(PD)和化學氣相沉積法(CVD)實現(xiàn)了商品化制備。活性碳纖維轉化法，所得纖維的強度和模量均不高；超細微粉燒結法制備的纖維大量富碳、絲徑較粗、強度較低，抗氧化性較差。CVD法是以連續(xù)的碳纖維和甲基硅烷類化合物為原料，在氮氣流下于灼熱的芯絲表面上反應，裂解為SiC并沉積在芯絲上而制得。CVD法制備的連續(xù)SiC纖維直徑較粗(100μm)，主要以單絲形式增強金屬基材料。PD法是目前制備細直徑連續(xù)SiC纖維的主要方法，已實現(xiàn)工業(yè)化生產，其工藝路線包括先驅體的合成、先驅體的熔融紡絲、將可溶可熔的原纖維進行不熔化處理及不熔化纖維的高溫燒成等四大工序。先驅體法具有纖維直徑細、可制備不同截面形狀、成本低、極適合工業(yè)化生產等特點，并且彌補了CVD法不易編織、難于制造復雜形狀構件的不足。但是先驅體轉化法在不熔化處理過程中，若采用經濟的空氣交聯(lián)法，容易引入大量氧元素。SiC纖維中大量氧以SiCxOy的無定型態(tài)存在，高溫下極易發(fā)生熱分解，使得SiC纖維高溫下性能急劇下降。改進纖維不熔化工藝，降低SiC纖維中的氧含量，對提高SiC纖維高溫性能具有重要意義。

含B的SiC纖維具有良好的高溫性能，B的引入可有效抑制高溫燒結過程中SiC晶粒長大，保證了纖維的高溫力學性能。金屬鈹具有密度低、熔點高、導電性好、抗腐蝕性強等優(yōu)點，含鈹碳化硅纖維具有高導熱性，據(jù)報道，含鈹碳化硅的傳熱系數(shù)比傳熱性能最好的氧化鈹高20％，是碳化硅的傳熱系數(shù)的3～4倍。

此外，雖然SiC纖維都已被廣泛研究，但從高溫性能、熱穩(wěn)定性和編織性能等方面考慮，由于目前已有的超高溫陶瓷存在抗熱沖擊性差或者熱導率低等缺點。因此，設計和制備纖維增強超高溫陶瓷基復合材料是超高溫陶瓷發(fā)展的必然趨勢。

發(fā)明內容