[發明專利]碳化硅/氮化硼纖維及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910082116.7
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109608201A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（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: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/5835;C04B35/622;D01F9/10
• 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

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

技術領域

本發明屬于材料加工制備技術領域，具體涉及一種碳化硅/氮化硼纖維及其制備方法和應用。

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、比重小等優良性的陶瓷纖維。世界各國先后對制備連續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(ChemicalVaporDeposition，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)實現了商品化制備?；钚蕴祭w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SiC纖維的主要方法，已實現工業化生產，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法，容易引入大量氧元素。SiC纖維中大量氧以SiCxOy的無定型態存在，高溫下極易發生熱分解，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。金屬有機骨架材料(MOFs)是近十年來發展迅速的一種配位聚合物，具有三維的孔結構，具有許多潛在的特殊性能，在新型功能材料如選擇性催化、分子識別、可逆性主客體分子(離子)交換、超高純度分離、生物傳導材料、光電材料、磁性材料和芯片等新材料開發中顯示出誘人的應用前景，給多孔材料科學帶來了新的曙光。

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

發明內容

本發明的一個目的在于提出一種碳化硅/氮化硼纖維的制備方法。