[發明專利]一種摻硼鋁聚碳硅烷及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310064919.6
• 申請日: 2023-02-06
• 公開（公告）號: CN116333322A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 黃小忠;劉鵬;劉銳
• 申請（專利權）人: 長沙達菲新材料科技有限公司
• 主分類號: C08G77/60
• 分類號: C08G77/60;D01F9/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

本發明公開了一種摻硼鋁聚碳硅烷及其制備方法和應用，所述聚鋁碳硅烷的制備方法為：將聚鋁碳硅烷與摻硼單體于保護氣氛下反應即得摻硼鋁聚碳硅烷，所述反應的溫度為300～450℃，反應的壓力為0.5～15MPa，所述聚鋁碳硅烷的分子量為1000～1500g/mol。將所得摻硼鋁聚碳硅烷作為陶瓷先驅體，通過熔融紡絲、不熔化、高溫燒成與燒結處理，獲得摻硼鋁碳化硅纖維，該纖維不僅能保持制備過程中原絲的氧化交聯活性，并且當燒結溫度高于1500℃時，發揮良好燒結助劑作用，可以彌補纖維不穩定性相分解出現的孔洞，抑制纖維內部晶粒迅速長大，促進了SiC纖維的燒結，提高了纖維的致密度，提升纖維耐溫性能。

技術領域

本發明屬于陶瓷纖維及先驅體制備技術領域，具體涉及一種摻硼鋁聚碳硅烷及其制備方法和應用。

背景技術

硼和鋁是SiC粉體最有效的燒結助劑，在工業上已廣泛用于生產SiC陶瓷。正是因為硼和鋁在SiC陶瓷燒結中的重要作用，使得它們被廣泛應用于高性能SiC纖維的制備中，并已取得了成功。鋁的引入大多通過PCS和乙酰丙酮鋁的反應實現，而硼的引入方式大致可以分為三類：(1)利用硼烷或硼氮烷改性SiC纖維先驅體PCS。Florida州立大學Guang?JinChoi等用十硼烷(B₁₀H₁₄)改性PCS，然后經熔融紡絲、不熔化處理以及熱解制得摻硼連續SiC纖維。(2)將摻硼物質與PCS物理共混，制得摻硼先驅體。國防科技大學楚增勇等將聚硼硅氮烷(PBSN)和PCS物理共混紡絲，經不熔化處理和1250℃燒成得到摻硼SiC纖維。曹峰等用環硼氨烷分別改性聚甲基硅烷(PMS)和PCS，然后將二者混合，經干法紡絲、緩慢熱交聯及熱解制得摻硼SiC纖維。廈門大學蔡智慧等將亞微米級硼粉加入到PCS中，制備了近化學計量比摻硼SiC纖維。(3)采用摻硼氣氛對PCS原絲不熔化處理。美國DOW?Corning公司采用含BCl₃的混合氣體對PCS原絲進行化學交聯，開發出SiC含量在95wt％以上的Syramic纖維。此外，德國Bayer?AG公司研制出新型摻硼高聚物先驅體，開發出無定型態Siboramic纖維。

對比僅摻鋁聚碳硅烷制備的SiC纖維，當溫度高于1500℃時，不穩定性相開始分解，產生SiO、CO等氣體使得纖維表面出現孔洞，纖維耐溫性能下降；而僅摻硼聚碳硅烷制備的SiC纖維，在1500℃及以上溫度燒成過程中硼含量會損失，纖維致密化程度低，纖維耐溫性能較差，另一方面先驅體中引入硼導致Si-H消耗，從而降低了摻硼原絲的氧化交聯活性，相較于與不摻硼原絲，需要在更高的溫度下處理，才能保證原絲氧化交聯活性。

發明內容

為了克服僅摻硼或摻鋁的碳化硅纖維在惰性氣氛中1500℃以上時強度保留率較低的缺點。本發明的第一個目的在于提供一種摻硼鋁聚碳硅烷的制備方法。

本發明的第二個目的在于提供上述制備方法所制備的一種摻硼鋁聚碳硅烷。

本發明的第三個目的在于提供上述制備方法所制備的一種摻硼鋁聚碳硅烷的應用，將所述摻硼鋁聚碳硅烷作為陶瓷先驅體，通過熔融紡絲、不熔化、高溫燒成與燒結處理，獲得摻硼鋁碳化硅纖維，該纖維不僅能保持制備過程中原絲的氧化交聯活性，并且當燒結溫度高于1500℃時，發揮良好燒結助劑作用，可以彌補纖維不穩定性相分解出現的孔洞，抑制纖維內部晶粒迅速長大，促進了SiC纖維的燒結，提高了纖維的致密度，提升纖維耐溫性能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明一種摻硼鋁聚碳硅烷的制備方法，將聚鋁碳硅烷與摻硼單體于保護氣氛下反應即得摻硼鋁聚碳硅烷，所述反應的溫度為300～450℃，反應的壓力為0.5～15MPa，所述聚鋁碳硅烷的分子量為1000～1500g/mol。