[发明专利]一种熔盐法镀碳化硅层的碳纤维制备方法

说明书

本发明公开了一种熔盐法镀碳化硅层的碳纤维制备方法，熔盐中的硅化物镀层将于800℃～1000℃下形成，熔盐由氯化钠、氯化钾、氟化钠、氟硅酸钠和硅粉组成，其中Si与Si⁴⁺离子按一定比例反应形成Si²⁺离子，Si²⁺离子沉积在碳纤维基底上形成SiC镀层，该发明熔盐法镀碳化硅层工艺简单，成本低廉和设备要求低，制备的碳化硅镀层均匀，调节温度和保温时间可以控制镀层厚度，通过熔盐法将碳纤维的抗氧化性提高到700℃，可用于制备超高温陶瓷复合材料。

技术领域

本发明涉及一种熔盐法镀碳化硅层的碳纤维制备方法。

背景技术

碳纤维(carbon fiber，简称Cf)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。由于其抗氧化性较差(400℃)，人们已经研究了各种用于硅化物镀层的方法提高抗氧化性能，例如等离子喷涂、前驱体固化、浆料法、高温反应制备、化学气相沉积、溶胶凝胶法和微波烧结等。实验室使用较多的化学气相沉积法，基于硅烷为原料，镀层均匀致密，但反应时间长，需要高温蒸气压。等离子喷涂、高温反应制备和微波烧结同样受限于工艺复杂，原料要求高，镀层量小以及设备成本高。而浆料法、前驱体固化和溶胶凝胶法所得碳纤维镀层均匀性差，镀层结合力弱。因此需要研究一种成本低廉、设备要求低和工艺简单的碳纤维镀碳化硅层的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种熔盐法镀碳化硅层的碳纤维制备方法，包括连续纤维和短切纤维，该方法工艺简单、成本低廉和设备要求低，且镀层均匀、镀层厚度可控。

熔盐中的硅化物镀层将于800℃～1000℃下形成，熔盐由氯化钠、氯化钾、氟化钠、氟硅酸钠和硅粉组成，其中Si与Si⁴⁺离子按一定比例反应形成Si²⁺离子，Si²⁺离子沉积在碳纤维基底上形成SiC镀层。

一种熔盐法镀碳化硅层的碳纤维制备方法，具体包括如下步骤：

1)碳纤维的预处理：碳纤维热处理除胶——浓碱溶液煮沸十分钟去油污杂质——酸洗浸泡粗化——中和酸后超声酒精清洗干燥；

2)称量30～40mol％氯化钠、30～40mol％氯化钾、20～30mol％氟化钠、1～9mol％氟硅酸钠，得到混合盐，加入占混合盐总量的20～30mol％硅粉置于研钵中研磨混合均匀；

3)称量占混合盐总量的30～50mol％的碳纤维，碳纤维为连续纤维或短切纤维，如果使用连续纤维，将连续纤维放在刚玉陶瓷舟底部，将步骤2的混合盐倒入刚玉陶瓷舟内，填充满纤维间隙；如果使用短切纤维，将短切纤维加入步骤2的混合盐中，研磨分散均匀后倒入刚玉陶瓷舟；

4)将步骤3中装填好药品的刚玉陶瓷舟置于管式炉中，将管式炉内抽真空至100Pa，通入惰性气体，流量控制为100ml/min；

5)以3～8℃/min预热升温至300℃，300℃保温1～2.5h去除结晶水，以约8～13℃/min升温至800℃，再以约4～7℃/min升温至900℃～1020℃，保温1～2.5h，随管式炉冷却至室温，取出刚玉陶瓷舟；

6)镀层碳纤维分离：将步骤5的刚玉陶瓷舟放入烧杯中，加入蒸馏水溶解混合盐，抽滤所得混合物为残余硅粉与镀层碳纤维混合，配置稀氢氟酸溶解残余硅粉，短切纤维用1000目筛网过滤干燥，连续纤维洗净干燥，从而分离得到熔盐法镀碳化硅层的碳纤维。

所述步骤1的碳纤维使用连续纤维和短切纤维两种，短切纤维长度为100～500μm。

所述步骤1的热处理除胶使用的设备为马弗炉，温度为200～300℃，保温时间5～9h。

所述步骤1的浓碱溶液为质量百分比37～65％氢氧化钠溶液。