[发明专利]电子束辐照交联制备BN纤维的方法及装置

说明书

本发明公开了一种电子束辐照交联制备BN纤维的方法及装置，该制备方法包括步骤：(1)以聚硼氮烷有机前驱体为原料经熔融纺丝获得原纤维；(2)原纤维在电子束下辐照，得到电子束辐照交联的BN不熔化纤维；(3)加热上一步处理过的丝束，使残留的自由基进一步反应，失去活性；(4)不熔化纤维进行无机化和陶瓷化，制得BN纤维。本发明中对BN原纤采用新的不熔化处理工艺，经该工艺处理后所得原纤维能够在低温脱碳和高温氮化等后续处理过程中保持纤维形貌，获得结晶性好、介电性能优异的实心的BN纤维；并且能极大地提高BN纤维的力学性能。

技术领域

本发明总体涉及无机纤维的制备方法及装置，具体涉及一种电子束辐照交联制备BN纤维的方法及装置。

背景技术

BN纤维是一种理想的耐高温陶瓷材料，具有优异的耐腐蚀性、电绝缘性，在高温恶劣环境下的介电性能尤其突出，可在900℃以下的氧化气氛中和2800℃以下惰性气氛中使用。

BN纤维的制备工艺主要有无机前驱体法和有机前驱体法两种。无机前驱体法是以硼酸或B₂O₃为原料，经过高温熔融制得B₂O₃纤维，然后在NH₃/N₂气氛中经过低温氮化、高温处理后转化为BN陶瓷纤维。其中1100℃以下采用NH₃作为氮化气氛，氮化过程中纤维中的氧以H₂O的形式脱除。该工艺在20世纪60年代由Economy等人首次开发成功，纤维的拉伸强度达830MPa，弹性模量达210GPa。有机前驱体法是以具有可溶解、可熔融等特性的有机聚合物为前驱体，经过溶液法或熔融法纺丝得到原纤维，然后经过不熔化处理，在NH₃或N₂气氛中一步或分步在20-2000℃下烧成，实现有机聚合物向无机陶瓷的转化，得到BN纤维。自20世纪80年代开始，研究者们采用有机前驱体法为原料开展了大量的研究工作和大量探索。其中，法国的Bernard S.和Miele P.等人以熔融纺丝法获得前驱体原纤维，然后依次在NH₃及N₂气氛下经一系列后处理最终获得直径为10.7μm的BN纤维，纤维的拉伸强度最高可达1.6GPa，弹性模量可达250GPa。

其中，熔融纺丝法所得到的原纤维需要经历不熔化处理工艺才能够使原纤维在后续的低温氮化和高温氮化过程中保持纤维形貌，未经不熔化处理的纤维加热到前驱体熔点附近就会熔融，不能进行后续的热解反应。在现有的BN纤维制备的专利及文献报道中，对于BN原纤维的不熔化处理方法却极为缺乏。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电子束辐照交联制备BN纤维的新方法及装置。

根据本发明的第一方面，提供一种电子束辐照交联制备BN纤维的方法，包括以下步骤：

(1)以聚硼氮烷有机前驱体为原料，经熔融纺丝获得直径小于20微米的原纤维；

(2)在氮气或惰性气体保护下，原纤维在电子束下辐照，得到电子束辐照交联的BN不熔化纤维；

(3)在氮气或惰性气体气氛下，加热上一步处理过的丝束，使残留的自由基进一步反应，失去活性；

(4)不熔化纤维在氨气或氨气与氮气混合气体的气氛下，在室温-1100℃温度下进行热解，脱除掉有机基团，制得无机丝；

(5)无机丝在1000-2000℃温度区间内进行陶瓷化，制得BN纤维。

具体情况下，步骤(1)中纺丝条件为：温度110℃-200℃、压力0.3-3.0MPa。