[发明专利]一种铍梯度分布的连续碳化硅纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铍梯度分布的连续碳化硅纤维及其制备方法，属于连续碳化硅纤维制备技术领域。所述铍梯度分布的连续碳化硅纤维；从纤维表面到中心，铍的含量呈梯度变化。其制备方法为：先通过存在温度差的裂解，得到PBCS的粗产品，然后蒸馏，得到PBCS；经熔融纺丝，得到原丝，原丝在含Be和氧的气氛中进行不熔化处理后进行烧结，得到产品。本发明制备工艺合理，所得产品性能优良，便于大规模的工业化应用。

技术领域

本发明涉及一种铍梯度分布的连续碳化硅纤维及其制备方法，属于连续碳化硅纤维制备技术领域。

背景技术

SiC陶瓷具有高强度、高模量、耐高温、抗腐蚀、抗氧化、低密度等优异性能，强度可保持到1600℃，陶瓷抗氧化性能达1300-1700℃，从使用温度和抗氧化等综合性能来看，SiC陶瓷是用于超高温工作部件的首选材料，在高新技术领域具有广泛的用途。

日本碳公司和宇部兴产公司从矢岛圣使教授购买专利后，经过多年苦心研究，才实现了碳化硅纤维的小批量生产。美国道康宁公司也通过技术交流和购买关键工艺掌握了其核心技术，但是该领域的高端应用及商品化销售，基本还是被日本碳公司和宇部兴产公司所垄断。目前，日本已工业化生产的碳化硅纤维至少发展了三代，其第三代碳化硅纤维在1300至1800℃的空气中具有良好的热稳定性。在美研制的世界上最大推力的GE9X(推力达48吨)民用涡扇发动机中，为减轻发动机重量，提高发动机寿命，发动机最关键的热端部件，包括燃烧室内/外衬、一级高压涡轮罩环、一级喷嘴、二级喷嘴以及低压涡轮转子等5个部件，都采用了日本研制生产的第三代碳化硅纤维材料，GE公司估计GE9X发动机采用碳化硅陶瓷纤维涡轮转子叶片后总重将降低约455千克，相当于GE90-115发动机净重的6％，燃油效率较目前的GE90-115B提高10％。在军用发动机方面，该材料将广泛用于GE公司研制的下一代战斗机用自适应循环发动机上，该发动机相比当前最先进的第五代战斗机发动机F119和F135，燃油消耗量降低25％，航程增加30％，最大推力提高10％。由于碳化硅纤维是一种国防高科技战略材料，因此是西方“巴黎统筹委员会”和“瓦森纳协议”明文列出的对我方禁运的材料，我国航空发动机寿命远低于同期美国，比较大的原因就是材料不行，而碳化硅纤维和单晶材料更是其中最落后的部分，不过，经过我国科学家多年的不懈努力，终于打破了国外技术封锁和产品垄断，目前我国已成为世界上第3个能独立生产碳化硅纤维的国家，满足了航天航空等高端装备迫切要求。据公开资料披露，我国已投资22亿元，形成了年产10吨第二代连续碳化硅纤维、年产90吨聚碳硅烷和年产15吨复合材料的能力。国产第二代碳化硅纤维已应用于某现役航空发动机上，服役时间延长了300小时。应用于国产运输机刹车盘上，部件减重1/3，续航能力提高600千米，节约燃油7％。由于第二代碳化硅纤维在空气中耐温不超过1200度，不能满足我国下一代航空发动机耐高温动部件需要，但已经可以满足发动机的静止耐高温部件，推力矢量尾喷管，航天发动机高温部件的需求。据目前的公开资料披露，含铍碳化硅连续纤维这一我国原创高性能纤维，具有完全的自主知识产权，在国内攻克了掺杂先驱体连续纺丝的工艺难关，制备出第三代掺杂碳化硅纤维，获得了目前国内的最高的使用温度，可满足我国航空发动机部件制造对碳化硅纤维大于1200℃要求。