[發(fā)明專利]碳化硅/氮化硼纖維及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910082116.7
• 申請(qǐng)日: 2019-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN109608201A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳寶林;侯振華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西嘉捷信達(dá)新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/565
• 分類號(hào): C04B35/565;C04B35/5835;C04B35/622;D01F9/10
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11514
• 代理人: 高江玲

本發(fā)明涉及碳化硅/氮化硼纖維及其制備方法和應(yīng)用，所述方法包括如下步驟：NH₂?UIO?66(Zr)摻雜的碳化硅/氮化硼先驅(qū)體的制備、NH₂?UIO?66(Zr)摻雜的碳化硅/氮化硼先驅(qū)體的熔融紡絲的制備、NH₂?UIO?66(Zr)摻雜的碳化硅/氮化硼纖維的燒結(jié)。本發(fā)明的碳化硅/氮化硼纖維的制備方法，在先驅(qū)體中引入鋯、硼和氮元素，在燒結(jié)過程中再次引入N元素，制備的碳化硅/氮化硼纖維中含有鋯，力學(xué)性能好，耐高溫性能極佳。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料加工制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅/氮化硼纖維及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

碳化硅(SiC)纖維是一種高強(qiáng)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(guó)先后對(duì)制備連續(xù)SiC纖維開展了廣泛的研究，在航空、機(jī)械、化工、航天、武器等高尖端領(lǐng)域具有極為廣泛的應(yīng)用前景。目前，SiC纖維的強(qiáng)度可達(dá)3.0±0.4GPa，模量可達(dá)200±20GPa，使用溫度可達(dá)1000℃。由于其室溫強(qiáng)度較低及韌性不足而使其應(yīng)用受到一定限制，為了提高碳化硅材料的強(qiáng)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(fù)合材料增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和韌性。

目前，制備連續(xù)SiC纖維的主要方法有4種：先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法(Polymer-Derived，PD)、化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition，CVD)、活性碳纖維轉(zhuǎn)化法和超微細(xì)粉高溫?zé)Y(jié)法，其中，只有先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法(PD)和化學(xué)氣相沉積法(CVD)實(shí)現(xiàn)了商品化制備?；钚蕴祭w維轉(zhuǎn)化法，所得纖維的強(qiáng)度和模量均不高；超細(xì)微粉燒結(jié)法制備的纖維大量富碳、絲徑較粗、強(qiáng)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?dú)饬飨掠谧茻岬男窘z表面上反應(yīng)，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(qiáng)金屬基材料。PD法是目前制備細(xì)直徑連續(xù)SiC纖維的主要方法，已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，其工藝路線包括先驅(qū)體的合成、先驅(qū)體的熔融紡絲、將可溶可熔的原纖維進(jìn)行不熔化處理及不熔化纖維的高溫?zé)傻人拇蠊ば?。先?qū)體法具有纖維直徑細(xì)、可制備不同截面形狀、成本低、極適合工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，并且彌補(bǔ)了CVD法不易編織、難于制造復(fù)雜形狀構(gòu)件的不足。但是先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法在不熔化處理過程中，若采用經(jīng)濟(jì)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(jìn)纖維不熔化工藝，降低SiC纖維中的氧含量，對(duì)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?zé)Y(jié)過程中SiC晶粒長(zhǎng)大，保證了纖維的高溫力學(xué)性能。金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)是近十年來發(fā)展迅速的一種配位聚合物，具有三維的孔結(jié)構(gòu)，具有許多潛在的特殊性能，在新型功能材料如選擇性催化、分子識(shí)別、可逆性主客體分子(離子)交換、超高純度分離、生物傳導(dǎo)材料、光電材料、磁性材料和芯片等新材料開發(fā)中顯示出誘人的應(yīng)用前景，給多孔材料科學(xué)帶來了新的曙光。

雖然SiC纖維都已被廣泛研究，但其高溫性能、熱穩(wěn)定性和編織性能等都有些欠缺，因此亟待研究一種能夠優(yōu)化上述性能的材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種碳化硅/氮化硼纖維的制備方法。