[发明专利]一种高陶瓷化得率的SiBNC前驱体纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种高陶瓷化得率的SiBNC前驱体纤维的制备方法，包括：以SiCl₄、BCl₃及CH₃NH₂为原料，共缩聚，提纯，得到SiBNC前驱体小分子；在氮气氛围下，90～110℃的条件下向SiBNC前驱体小分子中鼓入NH₃，时间为4～8h，得到SiBNC前驱体聚合物；将SiBNC前驱体聚合物进行真空脱泡，熔融纺丝，得到高陶瓷化得率的SiBNC前驱体纤维。本发明的方法操作简单，解决了现有技术中SiBNC前驱体纤维陶瓷化得率低、强度低等问题，为高陶瓷化得率的SiBNC前驱体纤维的连续式制备奠定了基础。

技术领域

本发明属于陶瓷纤维的制备领域，特别涉及一种高陶瓷化得率的SiBNC前驱体纤维的制备方法。

背景技术

SiBNC陶瓷纤维具有优异的抗烧蚀性能、高温抗氧化性能、高温抗蠕变性能、高温强度和模量保持率等，能够在1700℃以下不晶化，在1700℃空气中的抗氧化性能远好于SiC或Si₃N₄陶瓷，在2000℃时失重率极低，具有非常高的组织稳定性。SiBNC陶瓷纤维的制备方法主要为前驱体转化法，但目前文献报道的SiBNC前驱体纤维的陶瓷化得率仅在40％～70％之间，这也导致前驱体纤维在陶瓷化转变过程中失重大、空隙多，使陶瓷纤维存在缺陷大、强度低的问题。因此，要降低SiBNC陶瓷纤维的缺陷，提高SiBNC陶瓷纤维的强度，需要制备高陶瓷化得率的SiBNC前驱体纤维。

中国专利CN103342559A(公开日为2013年10月09日)公开了一种SiBN(C)陶瓷纤维前驱体的制备方法，该方法以甲基二氯硅烷(MeHSiCl₂)、六甲基二硅氮烷(HMDZ)、BCl₃及CH₃NH₂为原料，通过多步法合成SiBN(C)陶瓷纤维前驱体分子。该方法的优点是：原料易得，抗高温性能好；缺点是：多步法操作繁琐、陶瓷化得率低。

2008年7月出版的《Journal of Materials Chemistry》第18期第31卷中的“Cl₂MeSi-NH-BCl₂and ClMe₂Si-NH-BCl₂:novel processable single source precursorsof amorphous Si/C/B/N ceramics”(p3671-3679)一文公开了用单元前驱体法制备SiBNC陶瓷。该方法先通过两步反应合成Cl₂MeSi-NH-BCl₂和ClMe₂Si-NH-BCl₂，再通过Cl₂MeSi-NH-BCl₂、ClMe₂Si-NH-BCl₂与NH₃的氨解反应得到SiBNC前驱体。该方法的优点是：前驱体交联度高，陶瓷化得率高；缺点是：前驱体产物不溶于通常的有机溶剂，萃取提纯方法操作繁琐，产物得率低，不适合前驱体的大量制备。

2014年8月出版的《Advanced Materials Research》第11期第1004卷中的“HighYield Polyborosilazane Precursor for SiBN Ceramics.Advanced MaterialsResearch”(p409-414)一文公开了用前驱体转化法制备SiBNC陶瓷。该方法以甲基二氯硅烷、三氯化硼及氨气为原料，通过氨解反应得到目标前驱体。该方法的优点是：反应步骤简单；缺点是：直接用NH₃提供氮源，交联度难以控制，不利于纺丝。

发明内容