[發(fā)明專利]一種含硼化物的碳化硅復(fù)相陶瓷纖維及其制備方法

在審

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• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114560704A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張偉剛;張浩;戈敏;水洪濤;馬忠烈;程紅梅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所;寧波眾興新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/571
• 分類號: C04B35/571;C04B35/573;C04B35/577;D01F9/10;C04B35/622
• 代理公司: 北京迎碩知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11512
• 代理人: 錢揚保;張群峰

1.一種含硼化物的碳化硅復(fù)相陶瓷纖維的制備方法，其特征在于，聚金屬碳硅烷原絲纖維在電子束激發(fā)狀態(tài)下，利用聚金屬碳硅烷中的硅氫鍵與三氯化硼發(fā)生反應(yīng)，在不熔化處理過程中引入硼元素，并在高溫處理過程中硼元素與金屬元素結(jié)合轉(zhuǎn)化為硼化物，得到含硼化物的碳化硅復(fù)相陶瓷纖維。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟(1):將聚金屬碳硅烷升溫脫泡，熔融紡絲，得到原絲纖維；

步驟(2):利用電子束在三氯化硼氣氛下對原絲纖維進(jìn)行不熔化處理，得到交聯(lián)纖維；

步驟(3):對交聯(lián)纖維在氫氣/氮氣混合氣氛下進(jìn)行升溫?zé)峤猓玫綗o機化纖維；

步驟(4):對無機化纖維在惰性氣氛下進(jìn)行高溫?zé)桑玫綇?fù)相陶瓷纖維。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)的具體操作為：

將先驅(qū)體聚金屬碳硅烷加入到紡絲罐中，在150～350℃下熔融并保溫脫泡處理，隨后加壓至0.1～0.8MPa進(jìn)行熔融紡絲，得到直徑為10～25μm的原絲纖維。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)的具體操作為：

將原絲纖維放入電子束輻照爐中，抽真空并用高純N₂置換氣體，通入BCl₃/N₂混合氣體，其中BCl₃氣體的體積濃度為1-10％；在電子束激發(fā)狀態(tài)下對原絲纖維進(jìn)行不熔化處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)的具體操作為：

對交聯(lián)纖維施加牽伸力，并置于管式爐中，抽真空并用高純N₂置換三次。以N₂作為稀釋氣體，通入40～60％體積濃度的H₂，以0.5～2min/℃升溫至1000～1200℃，保溫1-2小時后自然冷卻至室溫。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)的具體操作為：

將熱解后的無機化纖維置于高溫爐中，抽真空并用惰性氣氛置換三次，以5～10℃/min升溫至1300～2000℃，保溫0.5-2小時后自然冷卻降至室溫，得到黑色具有光澤的陶瓷纖維。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，所用的聚金屬碳硅烷結(jié)構(gòu)式為：

其中，R為甲基、乙基、丙基、乙烯基、氯甲基、苯基或苯乙基；M為Ti、Zr或Hf；m為等于或大于1的整數(shù)，n為等于或大于0的整數(shù)；Cp₁與Cp₂各自為環(huán)戊二烯基或取代環(huán)戊二烯基，所述聚金屬碳硅烷數(shù)均分子量為600-2000。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，惰性氣氛指的是氬氣或氦氣。

9.一種含硼化物的碳化硅復(fù)相陶瓷纖維，由權(quán)利要求1-8之一所述的制備方法制得，其組分中含有SiC、MB₂和MC，SiC、MB₂和MC呈均勻分布，M為Zr、Hf、Ti中的一種或多種；金屬元素M占整個復(fù)相陶瓷纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～20％，B元素占整個復(fù)相陶瓷纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～10％，所述復(fù)相陶瓷纖維的單絲強度為2.0～3.5GPa，彈性模量為280～400GPa。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的含硼化物的碳化硅復(fù)相陶瓷纖維，所述復(fù)相陶瓷纖維中SiC為連續(xù)相，SiC的晶粒尺寸在5nm～300nm，MB₂和MC以1～200nm的晶粒尺寸均勻分散于SiC連續(xù)相中。