[发明专利]氮化物陶瓷纤维的制备方法

摘要

氮化物陶瓷纤维的制备方法。本发明以目标元素的卤化物、小分子二硅氮烷为起始原料，按一定配比混合后，升温至125－500℃，并在此温度下保温2－30小时，降温后减压蒸馏，冷却至室温即得到含目标元素的氮化物陶瓷先驱体，将氮化物陶瓷先驱体进行熔融纺丝，得到氮化物先驱体原丝，将原丝进行不熔化处理，然后将不熔化纤维进行高温裂解，降温后即得氮化物陶瓷纤维产品。本发明选用的原料成本低廉，来源可靠，并且有较高的合成产率；工艺简单，通过一步反应即可完成先驱体的制备；效率高，便于将先驱体的纺丝、不熔化处理和烧成过程的一体化作业。

主权项

1、一种氮化物陶瓷纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将目标元素的卤化物溶解有机溶剂中，同时，将带搅拌、滴加、蒸馏装置的反应器反复抽真空、充干燥氮气至少三次；(2)将目标元素的卤化物及小分子二硅氮烷按1∶3-30的摩尔比以滴加的方式加入反应器中，边滴加边搅拌；所述目标元素的卤化物的分子式如下所示：R1 a-bMXb 其中，M为目标元素，M＝Si、Al、B、Zr、Ta、Hf、Cr、Nb、Ge、V、W、Fe或Ti；X为卤素元素；R1＝H、甲基、乙基、丙基、丁基或苯基；a为目标元素的最高化合价态，b＝1、2、3或4，且a-b≥0；所述小分子二硅氮烷为烷基硅基二硅氮烷，其分子通式为：(R2 3Si)2NR3 其中R2＝H、甲基、乙基、丙基、丁基或苯基；R3＝H、甲基、乙基、丙基、丁基或苯基，但当目标元素的卤化物为TiCl4或为Si卤化物、B卤化物的混合物时，R3 ≠H；(3)滴加完毕后将反应器加热至125-500℃，并在此温度下保温2-30小时；(4)将反应器温度降至室温-350℃，在此温度下减压蒸馏0.2-2小时，将体系降至室温即可得到氮化物陶瓷先驱体；所述卤化物和小分子二硅氮烷以滴加的方式加入反应器中为：①先将目标元素的卤化物溶液加至反应器中，然后通过滴加的方式加入小分子二硅氮烷；或②先将小分子二硅氮烷加入反应器中，然后通过滴加的方式加入不同卤化物于反应器中；(5)将第(4)步所得氮化物先驱体置于熔融纺丝装置中，在氮气保护下加热至高于其软化点30-80℃进行脱泡处理后，在120-300℃，2-7×105Pa压力下，以50-500m/min速度进行熔融纺丝，制得直径为8-15μm的原丝；(6)将第(5)步所得原丝置于不熔化容器中，用干燥氮气置换容器中的空气，升温至低于先驱体软化点5℃-25℃，然后一边通氮气一边通入BCl3或卤硅烷气体5-120分钟，再通入氨气或水蒸汽，即得到不熔化纤维；(7)在惰性气氛或活性气氛的高温炉中，将不熔化纤维按100-200℃/hr的升温速度升温至800-1300℃，并在该温度下保温处理1-6小时；所述惰性气氛为氩气、氮气或氦气，所述活性气氛为氨气或氢气；(8)将第(7)步所得纤维在惰性气氛中按200-800℃/hr的升温速率升至1300-1800℃，并在该温度下保温1/12-4小时，降温至室温，即得到Si-M-N-(C)陶瓷纤维。