[发明专利]一种高耐温性碳化硅纤维的制造方法

权利要求书

1.一种高耐温性碳化硅纤维的制造方法，其特征在于：以聚碳硅烷PCS为原料，与含致密化元素Al、Y的有机化合物反应合成含Al、Y的聚碳硅烷即PACS、PYCS，再经过熔融纺丝制得连续PACS、PYCS纤维，将该纤维置于空气与具有特定结构的低沸点、易挥发的不含氧的烯烃和炔烃类有机化合物气氛中进行不熔化处理得到可控氧含量的不熔化纤维，将不熔化纤维置于高温炉中惰性气氛保护下进行高温烧成与烧结，制得SiC纤维；上述烯烃为乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、环己烯、丁二烯中的一种，上述炔烃为乙炔、丙炔、丁炔、戊炔、己炔中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种高耐温性碳化硅纤维的制造方法，其特征在于具体制备过程如下：

(1)将原料PCS与含致密化元素Al、Y的有机化合物共溶于二甲苯中，在高纯氮气保护下边搅拌边加热至蒸馏出二甲苯后继续在300-350℃反应，并在最终温度下保温反应2-10小时；粗产物经二甲苯溶解后过滤，再加热至300-360℃进行减压蒸馏以除去溶剂和少量低分子物质，冷却后得到PACS或PYCS；

(2)将上述PACS或PYCS置于熔融纺丝装置的纺丝筒中，在高纯氮气保护下升温加热至300-400℃，待其全熔成均匀熔体并脱除残余气泡即脱泡处理后，在250-350℃，0.1-0.6MPa压力下，以300-600m/min速度进行熔融纺丝，经过集束、收丝得到直径为8-16um的连续PCS纤维；

(3)将上述PACS或PYCS纤维置于不熔化处理装置中先进行空气氧化处理，即在空气气氛中按10-20℃/小时的升温速度加热到180-220℃，保温氧化处理2-4小时，接着用高纯氮气置换空气后，加热升温并通入具有特定结构的低沸点、易挥发的不含氧的烯烃和炔烃类有机化合物气体，按10-20℃/min升温速度从100℃加热到300-400℃，并在该温度保温处理2-4小时后，冷至室温制得PACS或PYCS不熔化纤维；

(4)将上述PACS或PYCS不熔化纤维置于高温炉中，在高纯氮气保护下，按100-200℃/小时的升温速度升温至1200-1300℃，并在该温度下保温处理1-2小时制得无定型态的SiC纤维；

(5)将上述无定型态的SiC纤维置于高纯氩气保护的高温炉中，升温至1800℃，并在该温度下保温烧结处理1-2小时后便可制得高结晶性高耐温性SiC纤维。

3.根据权利要求1或2所述的一种高耐温性碳化硅纤维的制造方法，其特征在于所述原料聚碳硅烷PCS为以Si-C键构成主链的有机硅聚合物，其分子结构单元为：

其中烷基R¹，R²＝H、-CH₂-、-CH-、Me、Et、Pt、Bt、Ph有机基团，它们可以相同也可以不同。

4.根据权利要求1或2所述的一种高耐温性碳化硅纤维的制造方法，其特征在于所述含PACS或PYCS的合成中，以PCS为原料时，PCS的分子量即数均分子量Mn为800-2000，与含Al、Y的化合物的质量配比为1∶0.05-1∶0.15，合成温度为200-350℃。

5.根据权利要求1或2所述的一种高耐温性碳化硅纤维的制造方法，其特征在于在所述PACS或PYCS的合成中，也可混合引入致密化元素Al和Y，以PCS为原料时，PCS与含Al、Y的化合物的质量配比为1∶0.05-1∶0.15，其中，含Al、Y的化合物之间的质量配比为3∶1-1∶3，其它合成条件不变。

6.根据权利要求1或2所述的一种高耐温性碳化硅纤维的制造方法，其特征在于所述PACS或PYCS纤维在空气与具有特定结构的低沸点、易挥发的不含氧的烯烃和炔烃类有机化合物气氛中的不熔化处理，采用先进行空气氧化处理，再用高纯氮气置换空气后通入具有特定结构的低沸点、易挥发的不含氧的烯烃和炔烃类有机化合物气氛进行处理的方式，通过控制处理温度与时间，使不熔化纤维中的氧含量控制在2-12wt％。