CN108166101B - 耐高温含锂碳化硅纤维及其制备方法 - Google Patents
耐高温含锂碳化硅纤维及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及耐高温含锂碳化硅纤维及其制备方法，所述方法包括如下步骤：将锂研磨成粉末，然后将聚二甲基硅氧烷和粉末混合，再经高温裂解和重排反应制备含锂聚碳硅烷；将甲醇加热，然后加入α‑氧化铝并搅拌，得到第一溶液；将第一溶液加热，然后将含锂聚碳硅烷溶于二甲苯中，再将其加入到第一溶液，得到第二溶液，然后搅拌第二溶液直至得到粉末状物体；将锂和铝混合后研磨成粉末，得到第一混合物；将粉末状物体进行熔融纺丝法处理和不熔化处理，得到交联不熔纤维，然后加热，得到耐高温含锂碳化硅纤维。本发明方法制备的碳化硅纤维力学性能优异，在1200℃以上环境使用，性能基本保持不变，在航空航天、武器装备等高温领域具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种耐高温含锂碳化硅纤维及其制备方法。
背景技术
碳化硅纤维的最高使用温度达1200℃，其耐热性和耐氧化性均优于碳纤维，强度达1960MPa～4410MPa，在最高使用温度下强度保持率在80％以上，模量为176.4GPa～294GPa，化学稳定性也好。因此，碳化硅纤维在军工和航空航天等众多领域都是必不可少的材料。
在众多的碳化硅纤维的制备方法中，先驱体转化法是最为成熟和常用的方法之一，但是先驱体转化法需要在高温下制备，高温时，碳化硅纤维中的β-碳化硅晶体颗粒变大，导致碳化硅纤维表面出现裂纹，从而影响其性能。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种耐高温含锂碳化硅纤维的制备方法。
本发明的耐高温含锂碳化硅纤维的制备方法，包括如下步骤：S101：将锂金属研磨成粉末，然后将聚二甲基硅氧烷和所述粉末混合，再经950～1150℃下高温裂解和重排反应1～1.5h制备得到含锂聚碳硅烷；其中，所述聚二甲基硅氧烷与所述粉末的质量比为1：(1～3)；S102：将甲醇溶液加热至45℃～55℃，然后加入α-氧化铝并搅拌，得到第一溶液；其中，所述α-氧化铝与所述甲醇溶液的质量比为1：(20～30)；S103：将锂和铝按照重量比为1：(3～5)混合后研磨成粉末，得到第一混合物；S104：将所述第一溶液加热至75℃～85℃，然后将所述含锂聚碳硅烷溶于二甲苯中，再将其加入到所述第一溶液，得到第二溶液，然后搅拌所述第二溶液直至得到粉末状物体；S105：将所述粉末状物体在保护气体气氛下依次进行熔融纺丝法处理和不熔化处理，得到交联不熔纤维；S106：在保护气体气氛下，将所述交联不熔纤维放入烧结炉中并在第一升温速率下调节温度至1000℃～1200℃，得到耐高温含锂碳化硅纤维。
本发明的耐高温含锂碳化硅纤维的制备方法，一方面，在制备过程中通过混合的方式引入氧化铝，利用氧化铝粉末在高温下能够流动的性质，愈合碳化硅纤维表面的裂纹，同时抑制β-SiC晶粒的生长；另一方面，锂元素的引入降低了纤维中的含氧量。通过本发明方法制备的碳化硅纤维力学性能优异，在1200℃以上环境使用，性能基本保持不变，在航空航天、武器装备等高温领域具有很好的应用前景。
另外，本发明上述实施例的耐高温含锂碳化硅纤维的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，在所述步骤S102中，搅拌的速率为100r/min～300r/min，搅拌时间为50min～60min。
进一步地，在所述步骤S104中，所述含锂聚碳硅烷与所述二甲苯的质量比为1：(20～30)。
进一步地，在所述步骤S104中，搅拌的速率为200r/min～500r/min。
进一步地，在所述步骤S105中，在进行不熔化处理时加入交联剂环氧树脂，所述环氧树脂的加入量为环氧树脂与粉末状物体的质量比为15～25：1。
进一步地，在所述步骤S105中，所述保护气体为氮气或氩气，所述保护气体的流量为50mL/min～100mL/min；在所述步骤S106中，所述保护气体为氮气或氩气，所述保护气体的流量为50mL/min～100mL/min。
进一步地，在所述步骤S106中，所述第一升温速率为200℃/h～300℃/h。
本发明的另一个目的在于提出利用上述方法制备的耐高温含锂碳化硅纤维。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
实施例1提出了一种耐高温含锂碳化硅纤维，其制备方法包括如下步骤：
(1)将锂金属研磨成粉末，然后将聚二甲基硅氧烷和所述粉末混合，再经950～1150℃下高温裂解和重排反应1h制备得到含锂聚碳硅烷；其中，所述聚二甲基硅氧烷与所述粉末的质量比为1：1。
(2)将甲醇溶液加热至55℃，然后加入α-氧化铝并搅拌，得到第一溶液；其中，所述α-氧化铝与所述甲醇溶液的质量比为1：20。其中，搅拌的速率为300r/min，搅拌时间为50min。
(3)将锂和铝按照重量比为1：3混合后研磨成粉末，得到第一混合物。
(4)将所述第一溶液加热至85℃，然后将所述含锂聚碳硅烷溶于二甲苯中，再将其加入到所述第一溶液，得到第二溶液，然后搅拌所述第二溶液直至得到粉末状物体。其中，所述含锂聚碳硅烷与所述二甲苯的质量比为1：20；搅拌的速率为500r/min。
(5)将所述粉末状物体在氮气气氛下依次进行熔融纺丝法处理和不熔化处理，得到交联不熔纤维。其中，在进行不熔化处理时加入交联剂环氧树脂，所述环氧树脂的加入量为环氧树脂与粉末状物体的质量比为15～25：1。所述氮气的流量为50mL/min。
(6)在氩气气氛下，将所述交联不熔纤维放入烧结炉中并在300℃/h的升温速率下调节温度至1000℃，得到耐高温含锂碳化硅纤维。其中，所述氩气的流量为100mL/min。
实施例2
实施例2提出了一种耐高温含锂碳化硅纤维，其制备方法包括如下步骤：
(1)将锂金属研磨成粉末，然后将聚二甲基硅氧烷和所述粉末混合，再经950～1150℃下高温裂解和重排反应1.2h制备得到含锂聚碳硅烷；其中，所述聚二甲基硅氧烷与所述粉末的质量比为1：3。
(2)将甲醇溶液加热至45℃，然后加入α-氧化铝并搅拌，得到第一溶液；其中，所述α-氧化铝与所述甲醇溶液的质量比为1：30。其中，搅拌的速率为100r/min，搅拌时间为60min。
(3)将锂和铝按照重量比为1：4混合后研磨成粉末，得到第一混合物。
(4)将所述第一溶液加热至75℃，然后将所述含锂聚碳硅烷溶于二甲苯中，再将其加入到所述第一溶液，得到第二溶液，然后搅拌所述第二溶液直至得到粉末状物体。其中，所述含锂聚碳硅烷与所述二甲苯的质量比为1：30；搅拌的速率为200r/min。
(5)将所述粉末状物体在氩气气氛下依次进行熔融纺丝法处理和不熔化处理，得到交联不熔纤维。其中，在进行不熔化处理时加入交联剂环氧树脂，所述环氧树脂的加入量为环氧树脂与粉末状物体的质量比为15～25：1。所述氩气的流量为100mL/min。
(6)在氮气气氛下，将所述交联不熔纤维放入烧结炉中并在200℃/h的升温速率下调节温度至1200℃，得到耐高温含锂碳化硅纤维。其中，所述氮气的流量为50mL/min。
实施例3
实施例3提出了一种耐高温含锂碳化硅纤维，其制备方法包括如下步骤：
(1)将锂金属研磨成粉末，然后将聚二甲基硅氧烷和所述粉末混合，再经950～1150℃下高温裂解和重排反应1.5h制备得到含锂聚碳硅烷；其中，所述聚二甲基硅氧烷与所述粉末的质量比为1：2。
(2)将甲醇溶液加热至50℃，然后加入α-氧化铝并搅拌，得到第一溶液；其中，所述α-氧化铝与所述甲醇溶液的质量比为1：25。其中，搅拌的速率为200r/min，搅拌时间为55min。
(3)将锂和铝按照重量比为1：5混合后研磨成粉末，得到第一混合物。
(4)将所述第一溶液加热至80℃，然后将所述含锂聚碳硅烷溶于二甲苯中，再将其加入到所述第一溶液，得到第二溶液，然后搅拌所述第二溶液直至得到粉末状物体。其中，所述含锂聚碳硅烷与所述二甲苯的质量比为1：25；搅拌的速率为350r/min。
(5)将所述粉末状物体在氮气气氛下依次进行熔融纺丝法处理和不熔化处理，得到交联不熔纤维。其中，在进行不熔化处理时加入交联剂环氧树脂，所述环氧树脂的加入量为环氧树脂与粉末状物体的质量比为15～25：1。所述氮气的流量为75mL/min。
(6)在氮气气氛下，将所述交联不熔纤维放入烧结炉中并在250℃/h的升温速率下调节温度至1100℃，得到耐高温含锂碳化硅纤维。其中，所述氮气的流量为75mL/min。
本发明的耐高温含锂碳化硅纤维的制备方法，在制备过程中通过混合的方式引入氧化铝，氧化铝在高温下具有流动性，利用此性质可以抑制β-碳化硅的生长，在一定程度上，氧化铝能够愈合碳化硅纤维烧结过程中表面裂纹。碳化硅纤维的制备过程中会引入氧元素，在高温下氧和锂结合生成氧化锂，既降低了碳化硅中氧的含量，同时生成的氧化锂也能填补裂纹，使碳化硅表面更加光滑。通过本发明方法制备的碳化硅纤维力学性能优异，在1200℃以上环境使用，性能基本保持不变，在航空航天、武器装备等高温领域具有很好的应用前景。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种耐高温含锂碳化硅纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101：将锂金属研磨成粉末，然后将聚二甲基硅氧烷和所述粉末混合，再经950～1150℃下高温裂解和重排反应1～1.5h制备得到含锂聚碳硅烷；其中，所述聚二甲基硅氧烷与所述粉末的质量比为1：(1～3)；
S102：将甲醇溶液加热至45℃～55℃，然后加入α-氧化铝并搅拌，得到第一溶液；其中，所述α-氧化铝与所述甲醇溶液的质量比为1：(20～30)；
S103：将锂和铝按照重量比为1：(3～5)混合后研磨成粉末，得到第一混合物；
S104：将所述第一溶液加热至75℃～85℃，然后将所述含锂聚碳硅烷溶于二甲苯中，再将其加入到所述第一溶液，得到第二溶液，然后搅拌所述第二溶液直至得到粉末状物体；
S105：将所述粉末状物体在保护气体气氛下依次进行熔融纺丝法处理和不熔化处理，得到交联不熔纤维；
S106：在保护气体气氛下，将所述交联不熔纤维放入烧结炉中并在第一升温速率下调节温度至1000℃～1200℃，得到耐高温含锂碳化硅纤维；
在所述步骤S105中，在进行不熔化处理时加入交联剂环氧树脂，所述环氧树脂的加入量为环氧树脂与粉末状物体的质量比为15～25：1。
2.根据权利要求1所述的耐高温含锂碳化硅纤维的制备方法，其特征在于，在所述步骤S102中，搅拌的速率为100r/min～300r/min，搅拌时间为50min～60min。
3.根据权利要求1所述的耐高温含锂碳化硅纤维的制备方法，其特征在于，在所述步骤S104中，所述含锂聚碳硅烷与所述二甲苯的质量比为1：(20～30)。
4.根据权利要求1所述的耐高温含锂碳化硅纤维的制备方法，其特征在于，在所述步骤S104中，搅拌的速率为200r/min～500r/min。
5.根据权利要求1所述的耐高温含锂碳化硅纤维的制备方法，其特征在于，在所述步骤S105中，所述保护气体为氮气或氩气，所述保护气体的流量为50mL/min～100mL/min；在所述步骤S105中，所述保护气体为氮气或氩气，所述保护气体的流量为50mL/min～100mL/min。
6.根据权利要求1所述的耐高温含锂碳化硅纤维的制备方法，其特征在于，在所述步骤S106中，所述第一升温速率为200℃/h～300℃/h。
7.利用权利要求1-6任一项所述的方法制备的耐高温含锂碳化硅纤维。
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Families Citing this family (5)
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104177621A (zh) * | 2014-08-14 | 2014-12-03 | 中国科学院化学研究所 | 一种新型液体聚碳硅烷及其制备方法与应用 |
| CN105384940A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-09 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种纺丝级聚铝碳硅烷先驱体的合成方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102808240A (zh) * | 2012-08-27 | 2012-12-05 | 中国科学院化学研究所 | 耐高温碳化硅纤维的制备方法 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104177621A (zh) * | 2014-08-14 | 2014-12-03 | 中国科学院化学研究所 | 一种新型液体聚碳硅烷及其制备方法与应用 |
| CN105384940A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-03-09 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种纺丝级聚铝碳硅烷先驱体的合成方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 先驱体制备SiC纤维的发展历程与研究进展;陈建军等;《高科技纤维与应用》;20100228;第35卷(第1期);35-42 * |
| 先驱体转化法制备含硼/铝碳化硅纤维的研究;许慜;《万方学位论文》;20130918;16-18，78 * |
| 先驱体转化法制备碳化硅纤维;刘军等;《现代化工》;20001031;第20卷(第10期);59-60，62 * |
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