CN1120248C - 具有磁性涂层的陶瓷纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有磁性涂层的陶瓷纤维。所述的陶瓷纤维的涂层为钡铁氧体涂层或锶铁氧体涂层或三氧化二铁涂层，涂层厚度小于1μm。本发明的陶瓷纤维是通过制备钡铁氧体溶胶或锶铁氧体溶胶或三氧化二铁溶胶，然后把溶胶涂覆在经过预处理的陶瓷纤维上，再进行烘干和热处理后得到的。它不仅解决了原纤维的力学性能和抗氧化性能差的问题，而且还具有磁性功能特点。本发明的陶瓷纤维对提高我军的反侦察能力具有重大意义。
Description
本发明涉及一种陶瓷纤维，特别是涉及一种具有磁性的陶瓷纤维。
高性能的陶瓷纤维如碳纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维是重要的复合材料用增强纤维，在其表面涂覆抗氧化增强涂层后，它们具有高比强度、高比模量、低密度、耐高温及良好的编织加工性能等特点。在航空、航天及军事等需要轻质、高强、耐温材料的领域中得到了广泛的应用。但随着隐身技术的发展，为了使大型作战武器免受敌方雷达的探测，在军事上对上述陶瓷纤维提出了更高的要求，即要求它们还是一种磁性陶瓷纤维，具有吸波功能。在现有技术中，制备磁性陶瓷纤维的方法有：1.通过拔拉制得铁纤维，该纤维在低频具有高的磁导率，直径较小，但其力学性能和耐高温性能差，不能满足高性能复合材料的需要；2.“掺混法”制备磁性陶瓷纤维是把磁性粉末如Fe，Ni，Co，以及钡铁氧体和锶铁氧体超细粉末与有机聚合物混合、造粒，制得含有磁性粉末的母粒，然后纺丝，制得有机磁性纤维，该纤维可以很方便地制成织物，其缺点是不耐高温；或者把磁性粉末如Fe，Ni，Co，以及钡铁氧体和锶铁氧体超细粉末与有机先驱体混合，然后纺丝，不融化，预烧，热处理，制得磁性陶瓷纤维，但其力学性能较差。
本发明的目的是提供一种具有磁性的陶瓷纤维，该陶瓷纤维既具有磁性陶瓷纤维的吸波功能，又具有较高的力学和抗氧化性能。
本发明是通过如下方式实现的：首先选用钡或锶的硝酸盐或硫酸盐或氯盐或醋酸盐或硬脂酸盐，铁的硝酸盐或硫酸盐或氯盐或醋酸盐或硬脂酸盐，在合适的温度下，溶于乙醇或乙二醇或丙酮或甲醇等溶剂中，经过陈化后得到钡铁氧体溶胶或锶铁氧体溶胶或三氧化二铁溶胶；然后把钡铁氧体溶胶或锶铁氧体溶胶或三氧化二铁溶胶连续地涂覆在经过预处理的陶瓷纤维上并使其形成一定厚度的涂层，再对有了涂层的陶瓷纤维进行烘干和多次热处理，从而得到涂层厚度小于1μm，兼具磁性、高强度和抗氧化性强的陶瓷纤维。
现对本发明的具体工艺过程和条件进行详细说明：
1.钡铁氧体溶胶或锶铁氧体溶胶或三氧化二铁溶胶的制备
选用钡或锶的硝酸盐或硫酸盐或氯盐或醋酸盐或硬脂酸盐，铁的硝酸盐或硫酸盐或卤盐或醋酸盐或硬脂酸盐，使其在乙醇或乙二醇或丙酮或甲醇等溶剂中溶解混合，混合反应温度为20～100℃，混合反应时间为0.1～5小时，制得金属离子总含量为0.1～3摩尔/升、钡或锶离子与铁离子的比例为1∶2～20(摩尔比)的溶液，把该溶液在20～100℃陈化1～100小时，就得到钡铁氧体或溶胶锶铁氧体溶胶。选用硝酸铁溶入乙二醇，经混合陈化后得到金属离子总含量为0.1～3摩尔/升的三氧化二铁溶胶。
2.陶瓷纤维的预处理
商品级的陶瓷纤维，可在氮气保护下通过预处理炉脱胶，脱胶温度为200～500℃，时间为0.5～5小时，然后冷却至常温，再进行清洗、烘干。
3.溶胶的涂覆与热处理
首先把经过预处理的陶瓷纤维连续通过盛有溶胶的容器中进行涂覆以形成涂层，涂覆时间为1～30分钟，温度为20～80℃；其次对涂层陶瓷纤维进行烘干，烘干时间为1～60分钟，温度为50～200℃；然后在热处理炉中对涂层陶瓷纤维进行多次烧结，烧结温度为200～1000℃，时间为10～50分钟，该过程可在氮气保护下进行；最后上胶、缠绕，即得到具有磁性涂层的陶瓷纤维。
用本发明的工艺过程和条件生产的具有钡铁氧体涂层的碳纤维，其涂层厚度为0.3μm，单丝的拉伸强度为4.88GPa，抗氧化温度为600℃，比饱和磁化强度为0.2emu/g；具有锶铁氧体涂层的碳纤维，其涂层厚度为0.4μm，单丝的拉伸强度为4.68GPa，抗氧化温度为600℃，比饱和磁化强度为0.3emu/g；具有钡铁氧体涂层的碳化硅纤维，其涂层厚度为0.2μm，单丝的拉伸强度为3.0GPa，比饱和磁化强度为0.25emu/g；具有钡铁氧体涂层的氧化铝纤维，其涂层厚度为0.2μm，单丝的拉伸强度为2.2GPa，比饱和磁化强度为0.22emu/g；具有三氧化二铁涂层的碳纤维，其涂层厚度为0.3μm，单丝的拉伸强度为4.48GPa，抗氧化温度为600℃，比饱和磁化强度为0.18emu/g。
本发明的具有磁性涂层的陶瓷纤维，具有如下的积极效果：
该具有磁性涂层的陶瓷纤维，其涂层结构紧密，涂层晶化温度低，不仅保持了原纤维的柔顺性和可编织性，提高了原纤维的力学性能和抗氧化性能，而且还具有磁性陶瓷纤维的磁性功能特点，是一种兼具磁性和高强度的陶瓷纤维。
用于制备本发明的陶瓷纤维的方法具有工艺路线短，容易实现的特点，可进行大规模工业化生产，特别适用于在成束陶瓷纤维的各单丝表面的涂覆，用该方法生产的具有钡铁氧体涂层或锶铁氧体涂层的陶瓷纤维，其涂层厚度小于1μm，涂层平整光滑。
实施例1：
1.1取15克硝酸铁，0.5克醋酸钡倒入50毫升乙二醇中，在40℃下强烈搅拌1小时，然后在40℃下陈化20小时，得到钡铁氧体溶胶。
1.2取碳纤维，型号为T300，其单丝拉伸强度为3.5GPa，通过预处理炉脱胶，脱胶温度为300℃，时间为1小时，然后冷却、清洗、烘干。
1.3把经过预处理的碳纤维连续通过盛有钡铁氧体溶胶的容器，对碳纤维进行涂覆，涂覆时间为10分钟，温度为30℃，然后对涂层碳纤维进行烘干和多次热处理，热处理温度为450℃，时间为30分钟，最后上胶、缠绕，即得到具有钡铁氧体涂层的碳纤维，其涂层厚度为0.3μm，单丝的拉伸强度为4.88Gpa，抗氧化温度为600℃，比饱和磁化强度为0.2emu/g。
实施例2：
2.1取12克硝酸铁，0.3克硝酸锶倒入50毫升乙二醇中，在40℃下强烈搅拌1小时，然后在40℃下陈化20小时，得到锶铁氧体溶胶。
2.2取碳纤维，型号为T300，其单丝拉伸强度为3.5GPa，通过预处理炉脱胶，脱胶温度为300℃，时间为1小时，然后冷却、清洗、烘干。
2.3把经过预处理的碳纤维连续通过盛有锶铁氧体溶胶的容器，对碳纤维进行涂覆，涂覆时间为10分钟，温度为40℃，然后对涂层碳纤维进行烘干，并在氮气保护下进行多次热处理，热处理温度为800℃，时间为30分钟，最后上胶、缠绕，即得到具有锶铁氧体涂层的碳纤维，其涂层厚度为0.4μm，单丝的拉伸强度为4.68GPa，抗氧化温度为600℃，比饱和磁化强度为0.3emu/g。
实施例3：
3.1取15克硝酸铁，0.5克醋酸钡倒入50毫升乙二醇中，在40℃下强烈搅拌1小时，然后在40℃下陈化20小时，得到钡铁氧体溶胶。
3.2取日本Nicanon公司生产的、型号为NL204、单丝拉伸强度为2.8GPa的碳化硅纤维，通过预处理炉脱胶，脱胶温度为300℃，时间为1小时，然后冷却、清洗、烘干。
3.3把经过预处理的碳化硅纤维连续通过盛有钡铁氧体溶胶的容器，对碳化硅纤维进行涂覆，涂覆时间为10分钟，温度为40℃，然后对涂层碳化硅纤维进行烘干和多次热处理，热处理温度为600℃，时间为30分钟，最后上胶、缠绕，即得到具有钡铁氧体涂层的碳化硅纤维，其涂层厚度为0.2μm，单丝的拉伸强度为3.0GPa，比饱和磁化强度为0.25emu/g。
实施例4：
4.1取15克硝酸铁，0.5克醋酸钡，倒入50毫升乙二醇中，在40℃下强烈搅拌1小时，然后在40℃下陈化20小时，得到钡铁氧体溶胶。
4.2取氧化铝纤维，其单丝的拉伸强度为2.0GPa，通过预处理炉脱胶，脱胶温度为300℃，时间为1小时，然后冷却、清洗、烘干。
4.3把经过预处理的氧化铝纤维连续通过盛有钡铁氧体溶胶的容器，对氧化铝纤维进行涂覆，涂覆时间为10分钟，温度为40℃，然后对涂层氧化铝纤维进行烘干和多次热处理，热处理温度为600℃，时间为30分钟，最后上胶、缠绕，即得到具有钡铁氧体涂层的氧化铝纤维，其涂层厚度为0.2μm，单丝的拉伸强度为2.2Gpa，比饱和磁化强度为0.22emu/g。
实施例5：
5.1取15克硝酸铁，倒入50毫升乙二醇中，在40℃下强烈搅拌1小时，然后在40℃下陈化20小时，得到三氧化二铁溶胶。
5.2取碳纤维，型号为T300，其单丝拉伸强度为3.5GPa，通过预处理炉脱胶，脱胶温度为300℃，时间为1小时，然后冷却、清洗、烘干。
5.3把经过预处理的碳纤维连续通过盛有三氧化二铁溶胶的容器，对碳纤维进行涂覆，涂覆时间为10分钟，温度为30℃，然后对涂层碳纤维进行烘干和多次热处理，热处理温度为450℃，时间为30分钟，最后上胶、缠绕，即得到具有三氧化二铁涂层的碳纤维，其涂层厚度为0.3μm，单丝的拉伸强度为4.48GPa，抗氧化温度为600℃，比饱和磁化强度为0.18emu/g。
Claims (2)
1.一种具有磁性涂层的陶瓷纤维，其特征在于：该陶瓷纤维的涂层为钡铁氧体涂层或锶铁氧体涂层或三氧化二铁涂层，涂层厚度小于1μm；制备该陶瓷纤维的方法包括以下步骤：
(1)制取钡铁氧体溶胶或锶铁氧体溶胶或三氧化二铁溶胶，即选用钡或锶的硝酸盐或硫酸盐或氯盐或醋酸盐或硬脂酸盐，铁的硝酸盐或硫酸盐或卤盐或醋酸盐或硬脂酸盐，使其在乙醇或乙二醇或丙酮或甲醇 溶剂中溶解混合，混合反应温度为20～100℃，混合反应时间为0.1～5小时，制得金属离子总含量为0.1～3摩尔/升、钡或锶离子与铁离子的比例为1∶2～20(摩尔比)的溶液，把该溶液在20～100℃陈化1～100小时，就得到钡铁氧体或溶胶锶铁氧体溶胶，选用硝酸铁溶入乙二醇，经混合陈化后得到金属离子总含量为0.1～3摩尔/升的三氧化二铁溶胶；
(2)陶瓷纤维的预处理，即将陶瓷纤维在氮气保护下通过预处理炉脱胶，脱胶温度为200～500℃，时间为0.5～5小时，然后冷却至常温，再进行清洗、烘干；
(3)溶胶的涂覆与热处理，即首先把经过预处理的陶瓷纤维连续地通过盛有溶胶的容器中进行涂覆以形成涂层，涂覆时间为1～30分钟，温度为20～80℃；其次对涂层陶瓷纤维进行烘干，烘干时间为1～60分钟，温度为50～200℃；然后在热处理炉中对涂层陶瓷纤维进行多次烧结，烧结温度为200～1000℃，时间为10～50分钟，该过程可在氮气保护下进行；最后上胶、缠绕，即得到具有磁性涂层的陶瓷纤维。
2.根据权利要求1所述的陶瓷纤维，其特征在于：该陶瓷纤维指的是碳纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 99116795 CN1120248C (zh) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | 具有磁性涂层的陶瓷纤维及其制备方法 |
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| CN 99116795 CN1120248C (zh) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | 具有磁性涂层的陶瓷纤维及其制备方法 |
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| CN1120248C true CN1120248C (zh) | 2003-09-03 |
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| CN (1) | CN1120248C (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101492285B (zh) * | 2009-03-11 | 2012-06-27 | 中南大学 | 一种含铍纤维的制备方法 |
| CN108214563A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-06-29 | 邬惠林 | 覆盖了高晶瓷硅纤高分子涂料的不粘刀分离器 |
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1999
- 1999-08-06 CN CN 99116795 patent/CN1120248C/zh not_active Expired - Fee Related
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