[发明专利]一种连续硅硼氮基陶瓷纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷纤维的制备领域，特别涉及一种连续硅硼氮基陶瓷纤维的制备方法。

背景技术

硅硼氮基陶瓷是现代战争的需要和导弹技术的飞速发展而诞生的新型材料，硅硼氮基陶瓷材料具有工作温度高、高温烧蚀率低、性能稳定、不吸潮、强度高和透波性等优点，可满足高马赫数导弹的使用要求。但是陶瓷材料有一个致命的缺点——脆性，已经有很多学者研究方法解决这一世界公认的问题，最终发现纤维作为增强体是一个很有效的方法。因此硅硼氮陶瓷纤维的研究成为关键。硅氮硼陶瓷纤维兼具了Si₃N₄纤维的高强度和BN纤维的高温稳定性的优点，同时具有透波性能，因此有望成为新一代高温透波复合材料的候选增强材料。如此重要的一种材料受到了国际上的关注，目前国际上主要采用前驱体聚合物转化法制备硅氮硼陶瓷纤维。国外主要的研究与开发机构包括日本Shin Etsu化学公司和东业燃料公司、德国Bayer公司、德国波恩大学、法国里昂大学、美国麻省理工学院、宾夕法尼亚大学、东华大学、国防科技大学等。大多研究机构都报道了SiBNC陶瓷纤维的制备，SiBN陶瓷纤维制备的报道仅有德国马普所M.Jasen提出了一种制备路线，但并没有展示出实物；国内国防科技大学也有SiBN陶瓷纤维的相关报道，但仅限于实验室规模的短纤制备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种连续硅硼氮基陶瓷纤维的制备方法，该方法所得的前驱体聚合物初生纤维是在惰性气体保护下制备，有效抑制了氧元素的引入，提高了无机陶瓷纤维的抗氧化性能；原料成本低，工艺稳定且易于调整，很适应规模化生产。

本发明的一种连续硅硼氮基陶瓷纤维的制备方法，包括：

(1)将前驱体聚合物聚硅氮硼烷于120-250℃隔绝空气和水分下进行熔融纺丝，得前驱体聚合物纤维；

(2)前驱体聚合物纤维的不熔化处理及其除碳：将上述前驱体聚合物纤维放入裂解炉，通入100-1000ml/min由活性气体和惰性气体组成的混合气体，以0.5-5℃/min升温至200-350℃保温2-10h，得到交联的不熔化纤维；

(3)前驱体聚合物纤维的初步无机化转变及高温裂解无机化：在通入上述混合气体的情况下，继续以0.5-5℃/min升温至400℃～1000℃保温2-10h，最后以0.5-5℃/min升温至1200℃～1700℃保温2-10h，得碳含量≤1.0％的连续硅氮硼陶瓷纤维。

所述步骤(1)中熔融纺丝时卷绕速度为50-1000m/min。

所述步骤(2)中的活性气体为氨气、BCl₃或DCMS，惰性气体为氮气或氩气，活性气体和惰性气体的体积比为5∶95-95∶5。

所述步骤(2)和(3)中纤维的收丝速度为0.1-100mm/min。

有益效果

(1)本发明制得的前驱体聚合物初生纤维在氨气气氛下裂解到1600℃，可使得碳含量低于0.1％，具有透波性能；

(2)本发明所得的前驱体聚合物初生纤维是在惰性气体保护下制备，有效抑制了氧元素的引入，提高了无机陶瓷纤维的抗氧化性能；

(3)本发明原料成本低，工艺稳定且易于调整，很适应规模化生产。

附图说明

图1为本发明实施例2的初生纤维(左)和陶瓷纤维(右)SEM照片，标尺分别为50μm和20μm；

图2为本发明实施例3的XRD照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1