[发明专利]陶瓷/纤维复合物及其生产方法

说明书

本发明涉及一种陶瓷/纤维复合物的生产方法。

由于陶瓷/纤维复合物具有高断裂强度、尺寸稳定性和耐高温和耐腐蚀性，其重要性日益增长。陶瓷/纤维复合物的良好性能是基于基质和嵌入的纤维的结合。

在Ep-0，125，772A1中叙述了一种陶瓷/纤维复合物，其中首先将纤维用聚硅氮烷浸渍，然后将该聚硅氮烷热分解成氮化硅。这种方法的缺点是为了浸渍纤维，必须将这种聚硅氮烷溶解于溶剂中。

浸渍之后，这种溶剂必须除去。由于从这种纤维复合物中除去溶剂而形成空穴，使陶瓷/纤维复合物的性能不能总是令人满意。现已发现，如果在这种陶瓷/纤维复合物中只有少数空穴的话，陶瓷/纤维复合物具有提高的断裂强度和尺寸稳定性。

因此，本发明的目的在于提供一种生产陶瓷/纤维复合物的方法，使用该方法得到了具有提高的断裂强度和尺寸稳定性的陶瓷/纤维复合物，未加工状态的复合体是尺寸稳定的和易加工的，并且在加热期间仍是尺寸稳定的。

本发明的一个主题是生产陶瓷/纤维复合物的方法，该方法包括在第一步骤中用熔融的聚硅氮烷浸渍纤维，在第二步骤中用NH₃、乌洛托品、胺或通式为（CH₃）_nSiClm（其中n+m＝4，n为1，2或3）的氯代硅烷。使上述纤维中的聚硅氮烷转变为不烷状态，在第三步骤中，在氮气、惰性稀有气体或氨气气氛下，将浸渍的纤维加热到800～2000℃。本文中的“纤维”一词应理解为由纤维形成的所有类型的一维结构和两维结构。适用的烷融聚硅氮烷为：a）通式（Ⅰ）的化合物

其中x和y代表两结构单元的摩尔比，其中x+y＝1，x＝0.7～0.95，

b）通式（Ⅱ）的化合物

其中氮原子的游离价是用H原子或甲硅烷基R^＊Si×N＜（X为H、Cl、N＜、CH₂CH₂Si←）饱和的，其中R、R′、R″和R^＊为具有高达6个碳原子，最好高达3个碳原子的烷基或链烯基，a，b和c代表各结构单元的摩尔比，特别优选的是R＝R′＝R″＝R^＊＝CH₃。

在本发明方法中使用的纤维可以由，例如，C，Sic，Si₃N₄，Al₂O₃或碳增强的碳纤维组成。例如，可以首先将熔融的聚硅氮烷纺丝成纤维，再通过在800～1600℃下热处理将它转变成Si₃N₄纤维，用后者生产出两维结构，然后根据本发明用相同的或不同的聚硅氮烷浸渍上述结构使所说的聚硅氮烷转变成不熔状态，再将该产物加热到800～2000℃。如果要借助于胺使聚硅氮烷变成不熔状态，一般使用甲胺或乙胺。但是，用于转变成不熔状态的优选试剂为NH₃。

本发明步骤的组合也可以多次连续地用于同样的纤维。

另外，可以将镁、铝、钇或稀土金属的化合物，单独或其混合物溶解于熔融聚硅氮烷中作为纤维的填料，并且用这种溶液而不是用纯聚硅氮烷浸渍纤维，特别适用的化合物有硝酸盐，醇化物，乙酸盐或乙酰丙酮化物，或其混合物。

当然，在热处理之前，也可以将浸渍过的纤维成型为定型制品。

本发明的另一主题是可用上述方法获得的陶瓷/纤维复合物，最好使用通式（Ⅰ）或（Ⅱ）的化合物实施上述方法。

本发明的另一主题是一种可通过上述方法得到的，特别是在其优选实施方案中得到的陶瓷/纤维复合体，该复合体由纤维和陶瓷的非结晶的或部分结晶的基质组成。其中的基质含有45～60%（重量）的Si，30～40%（重量）的N，0～25%（重量）的C，和0～20%（重量）的O，并且Si₃N₄晶体的存在量大于30%（重量）。

为提高耐腐蚀性，有利的方法是将制得的和已经过机械加工的陶瓷/纤维复合体用熔融的聚硅氮烷进一步处理，即将该复合物用聚硅氮烷涂覆，将该涂层变成不可熔的，然后再将该产物在氮气、惰性稀有气体或氨气中加热到800～2000℃。