[发明专利]Si-Al-C-O纤维的制备方法

说明书

Si‑Al‑C‑O纤维的制备方法。本发明公开了一种聚铝碳硅烷的制备方法，包括：将聚碳硅烷溶液和8‑羟基喹啉铝溶液混合均匀，在温度为230～300℃，压力为0.5～2MPa条件下反应0.5～2h，蒸馏。本发明还公开了对上述方法制得的聚铝碳硅烷进一步处理，制备Si‑Al‑C‑O纤维的方法。本发明的方法制得的含铝先驱体比常压高温固相合成的先驱体更加均匀，铝含量可控，合成工艺更加简单、安全性高；合成的含铝先驱体的软化点高，可纺性好，纺丝稳定性高，高温烧成后产率高；制备的Si‑Al‑C‑O纤维光滑、黑亮；平均直径细；平均抗拉强度高，各项性能稳定；可以直接作为增强体用在耐高温材料中，也可进一步超高温烧结得到多晶Si‑Al‑C纤维。

技术领域

本发明属于陶瓷纤维材料领域，具体涉及一种Si-Al-C-O陶瓷纤维材料的制备方法。

技术背景

连续细直径SiC纤维由于具有高强度(1～4GPa)、高模量(150～400GPa)、耐高温（＞1000℃)、抗氧化和抗蠕变等优异性能，是高性能陶瓷基复合材料理想的增强(韧)体。其中，含铝SiC纤维的耐高温性能尤为突出，它能耐超过1800℃的高温，在高温领域具有广泛的应用。

研究含铝SiC纤维的科研机构和公司较多。日本的Ishikawa等(Ishikawa T，Kohtoku Y，Kumagawa K，et al.High-strength alkali-resistant sintered SiCfibrestable to2,200℃[J].Nature.1998.391(6669)：773-775.)研究的Tyranno SA纤维各方面性能优异，抗拉强度大于2.5GPa，模量大于300GPa，它的力学性能能保持到1900℃，即使在氩气气氛下2000℃热处理1小时，其抗拉强度下降很小，仍保留80％，是目前耐高温性能最好的SiC纤维。但其选择的铝源乙酰丙酮铝在300℃合成时易挥发，导致铝含量难以控制。

余煜玺提出以聚硅碳硅烷(PSCS)和乙酰丙酮铝为原料，采用常压高温的方法合成了含铝先驱体聚铝碳硅烷，并通过含铝先驱体的熔融纺丝、空气不熔化处理以及高温烧成工艺的探索制备出了性能较高的Si-A1-C-O纤维，即KD-A纤维，再经过超高温烧结最终制备出耐高温性能优异的KD-SA纤维(余煜玺.含铝碳化硅纤维的连续化制备与研究[D].长沙：国防科技大学航天与材料工程学院，2005.)。但其性能与Tyranno SA纤维相比还存在一定的差距，同时制备工艺上也存在一些问题，主要体现在：含铝先驱体合成不够稳定，均匀性较差，尤其是不同批次合成的含铝先驱体的铝含量分布范围较大，在0.25～0.7wt％之间，产率低；合成工艺复杂繁琐、条件不易控制；纺丝稳定性较差等。这些最终导致制备的KD-A纤维和KD-SA纤维平均直径较粗，分别在12～14μm和10～12μm范围内；KD-SA纤维的平均抗拉强度为2.0～2.6GPa，与Tyranno SA纤维还存在差距。

此外，陈江溪以聚二甲基硅氧烷(PDMS)和乙酰丙酮铝为原料合成了聚铝碳硅烷(陈江溪.碳化硅基陶瓷纤维用有机硅高分子的合成与表征[D].厦门：厦门大学化学化工学院，2007.)，杨景明以液态聚碳硅烷(LPCS)和乙酰丙酮铝为原料合成了聚铝碳硅烷(杨景明，杨露蛟，余煌玺，等.基于液态聚碳硅烷的聚铝碳硅烷的合成与表征[J].高等学校化学学报.2009，30(12)：2525-2529.)，但有关含铝SiC纤维方面的报道很少。沈杰通过常压高温反应合成了铝含量可控的含铝先驱体(沈杰.含铝碳化硅纤维的制备及性能研究[D].南京：东南大学材料科学与工程学院，2017.)，但合成的含铝先驱体均匀性差，可纺性差，纺丝也不是很稳定，制备的含铝SiC纤维抗拉强度低。

综上所述，利用现有方法很难制备出均匀、铝含量可控、高软化点同时纺丝性能良好、产率高的含铝先驱体聚铝碳硅烷，并通过熔融纺丝、空气不融化处理、高温烧成制备出性能高的Si-Al-C-O纤维。

发明内容

本发明的目的是提供一种均匀性好，铝含量可控，软化点高，可纺性好，纺丝性稳定，合成工艺简单、安全性高的聚铝碳硅烷的制备方法。