[发明专利]一种碳化硅纤维针刺毡及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗氧化、轻质、力学性能优良的碳化硅纤维针刺毡，尤其涉及一种碳化硅纤维针刺毡及其制备方法。

背景技术

碳化硅毡具有低密度、耐磨、孔隙率高、比表面积大、耐腐蚀、耐高温等优点，是航空航天、精密仪器、交通运输、环保等领域轻量化发展趋势的重要支撑材料，而且其易加工成型的特性对制备SiC_f／SiC复合材料有着重要的作用。

据所查资料，余煜玺、陈勇发明了《一种柔性多晶碳化硅微米纤维毡的制备方法》(CN103320966A)、余煜玺、陈勇、赖德林、杨露发明了《一种疏水吸油碳化硅陶瓷纤维毡的制备方法》(CN102877218A)。但是，由于碳化硅纤维脆性大，在功能性应用的同时，也需要尽可能提高其力学性能，因此，寻求一种热物理性能稳定、力学性能优良、性价比高的碳化硅纤维针刺毡及其制备方法是拓展SiC_f／SiC复合材料、环保高温过滤材料及紧急制动耐热抗磨材料应用的重要瓶颈环节。

发明内容

为满足功能性复合材料、高温滤材及紧急制动耐热抗磨应用的需要，本发明的目的旨在提供一种碳化硅纤维针刺毡的制备方法，利用碳化硅纤维耐磨损、抗氧化、电阻率可调、比表面积大等特点，实现SiC_f／SiC复合材料(如各种高性能刹车盘)制备的快速化，从而降低成本，缩短生产周期。

为了解决以上技术难题，本发明的一种碳化硅纤维针刺毡的制备方法，

(1)切短开松：将聚碳硅烷不熔化纤维均匀切成长度5～8cm的短纤维，切刀转速120r／min～300r／min；

(2)气流梳理、成胎：切短的不熔化纤维经过喂料辊到达刺辊，在刺辊的高速机械作用下被抛入风机产生的高速气流中，同气流一起运动，气流最终通过成网帘，而纤维在成网帘上成胎，出网速度10m／min～30m／min，主锡林直径1020mm，转速150rpm～200rpm；

(3)针刺：将单层坯胎平铺于进出料面板上，摊平、对齐，启动针刺机，开预针刺主轴，等其稳定后开进出料速率，往复针刺1个来回，然后铺上一坯胎，下降底板高度2mm，重复以上步骤，得到2层碳化硅针刺毡，以此类推，可得设计厚度的多层碳化硅针刺毡；

(4)高温无机化：将针刺好的聚碳硅烷纤维不熔化毡放入气氛保护箱式电炉内，并在惰性气体保护氛围中或在真空中进行烧结，预热到550℃后保温1h～5h，再升温至900℃～1300℃保温0.5h～10h，然后自然降温，即可得到碳化硅纤维针刺毡；所述聚碳硅烷为聚碳硅烷、聚铝碳硅烷、聚钛碳硅烷、聚硼氮烷、聚钇碳硅烷、聚碳硼烷和聚铁碳硅烷中的一种或几种。

优选步骤(1)所用聚碳硅烷不熔化的Si-H键反应程度65％～80％。

优选步骤(2)出网速度10m／min～30m／min，主锡林直径1020mm，转速150rpm～200rpm。

优选步骤(3)中的预针刺主轴频率10Hz～20Hz，进出料速率频率10Hz，。

优选所述烧结步骤(4)的烧结终温1300℃，烧结时间为1h，惰性气体(包括氮气、氩气等)保护，惰性气体流量为5L／min～20L／min，预热到550℃后保温1h～5h，再升温至900℃～1300℃保温0.5h～10h，然后自然降温，即可得到碳化硅纤维针刺毡；所述聚碳硅烷为聚碳硅烷、聚铝碳硅烷、聚钛碳硅烷、聚硼氮烷、聚钇碳硅烷、聚碳硼烷和聚铁碳硅烷中的一种或几种。

如上述述方法制得的碳化硅纤维毡，密度0.15g／cm³～0.30g／cm³，纤维直径8μm～15μm，克重50g／m²～150g／m²，厚度1mm～30mm，纤维体积分数10％～20％，抗拉强度≥0.3N／50mm，层间剪切强度5～10MPa。

从本发明碳化硅纤维毡的结构特征来看，该毡前期采用Si-H键反应程度65％～80％聚碳硅烷不熔化纤维，毡体纤维直径均匀，通过切短和气流梳理、成胎，使得毡面密度均匀，再经针刺，增加了毡体层面剪切强度和X-Y双向力学性能。