CN117263700B - 浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法，包括以下步骤：设计并组装偏铝酸钠涂覆装置和硼酸涂覆装置，确保装置在制备偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的过程中能够正常使用；配制偏铝酸钠前驱体溶液，并采用偏铝酸钠涂覆装置在纤维束丝的外表面涂覆偏铝酸钠涂层；配制硼酸前驱体溶液，并采用硼酸涂覆装置在带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝的外表面涂覆硼酸涂层；将带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝放入煅烧炉内进行氮化热处理，待氮化热处理结束后，即可在纤维束丝的外表面制得浓度梯度掺杂氮化硼界面层。本发明所制备的铝掺杂氮化硼界面层中铝含量沿界面层厚度方向呈梯度分布，提高了材料的抗氧化能力和力学性能。

Description

浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷基复合材料界面层制备技术领域，具体涉及一种浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法。
背景技术
在纤维增强陶瓷基复合材料中，界面涂层是关键组元之一。界面涂层覆盖在增强纤维的表面，连接着增强纤维与陶瓷基体，起到了传递载荷、调节载荷和偏转裂纹的作用，界面涂层的优劣直接影响着复合材料的性能。
氮化硼（BN）界面层在陶瓷基复合材料中应用广泛，其呈现出与石墨类似的六元环多层结构，并且比同样具有层状结构的热解炭界面层具有更好的抗氧化性能，这样的结构能够很好地满足纤维增强陶瓷基复合材料对界面层的基本要求。
若需要进一步加强界面层的某些功能，则需要对BN界面层进行掺杂。例如，若需要进一步加强界面层的抗氧化性能，则可以对BN界面层掺杂Si元素，这样能提高BN界面层的抗氧化性能，但是由于掺杂Si元素的配位数和原子半径始终与BN有所差别，所以会破坏界面层所需要的层状结构。在元素周期表中，Al与B位于同一族，Al比B原子序数大一个周期，因此Al具有与B相同的配位数，若使用Al对BN中的B原子进行取代，则获得Al掺杂的BN基本不会破坏BN特有的六元环结构，从而达到保持界面层所需结构的同时又提高了BN界面层的抗氧化性能。
此外，若将Al掺杂BN界面层设计为Al的浓度沿界面层厚度方向呈梯度分布，则可以进一步匹配和调节复合材料纤维和基体、不同亚层界面间应力，使复合材料获得更高的强度，同时实现抗氧化能力和力学性能的改善。但是现有技术中并未发现针对陶瓷基复合材料领域的在纤维表面快速连续制备铝掺杂氮化硼界面层的方法，因此需要开发一种浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法。
申请公布号为CN113480320A的发明专利公开了一种高抗应力开裂的SiCf/SiC陶瓷基复合材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：在碳化硅纤维预制体的纤维表面沉积界面层；在覆有界面相的碳化硅纤维预制体中引入碳基体和氮化硅粉体，获得SiCf/C-Si3N4熔渗体；将Al-Si合金熔体在高温下熔渗到SiCf/C-Si3N4熔渗体中，经高温原位反应生成AlN和SiC，得到高抗应力开裂的SiCf/SiC陶瓷基复合材料。该技术方案利用异相弥散颗粒对陶瓷基体晶粒生长的抑制作用细化基体晶粒，并结合其对裂纹扩展的偏转和钉扎效应实现基体强韧化，提高基体抗应力开裂能力，但是采用该技术方案不能获得具有良好抗水氧性的界面层。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：设计并组装偏铝酸钠涂覆装置和硼酸涂覆装置，确保装置在制备偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的过程中能够正常使用；
步骤二：配制偏铝酸钠前驱体溶液，并采用偏铝酸钠涂覆装置在纤维束丝的外表面涂覆偏铝酸钠涂层；
步骤三：配制硼酸前驱体溶液，并采用硼酸涂覆装置在带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝的外表面涂覆硼酸涂层；
步骤四：将带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝放入煅烧炉内进行氮化热处理，待氮化热处理结束后，即可在纤维束丝的外表面制得浓度梯度掺杂氮化硼界面层。
优选的是，所述偏铝酸钠涂覆装置包括自左向右依次设置的放线辊Ⅰ、恒温槽Ⅰ、烘干炉Ⅰ和收线辊Ⅰ；所述恒温槽Ⅰ的内部设置两个驱动辊Ⅰ，所述恒温槽Ⅰ的外部设置两个导向辊Ⅰ，所述恒温槽Ⅰ的开口端设置密封盖Ⅰ，所述恒温槽Ⅰ的中心部位垂直设置超声波振动器Ⅰ，所述恒温槽Ⅰ内盛装偏铝酸钠前驱体溶液；所述烘干炉Ⅰ设置三个温区，自左向右依次为第一温区、第二温区和第三温区；纤维束丝自左向右依次经过放线辊Ⅰ、恒温槽Ⅰ、烘干炉Ⅰ和收线辊Ⅰ。
在上述任一方案中优选的是，所述硼酸涂覆装置包括自左向右依次设置的放线辊Ⅱ、恒温槽Ⅱ、烘干炉Ⅱ和收线辊Ⅱ；所述恒温槽Ⅱ的内部设置两个驱动辊Ⅱ，所述恒温槽Ⅱ的外部设置两个导向辊Ⅱ，所述恒温槽Ⅱ的开口端设置密封盖Ⅱ，所述恒温槽Ⅱ的中心部位垂直设置超声波振动器Ⅱ，所述恒温槽Ⅱ内盛装硼酸前驱体溶液；所述烘干炉Ⅱ设置一个温区；所述收线辊Ⅱ的材质为石墨或者氧化铝；带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝自左向右依次经过放线辊Ⅱ、恒温槽Ⅱ、烘干炉Ⅱ和收线辊Ⅱ。
本发明中，虽然偏铝酸钠涂覆装置和硼酸涂覆装置的基本结构大体相同，但由于纤维束丝在涂覆偏铝酸钠涂层和硼酸涂层时的行程不同、到前驱体溶液液面的距离不同，并且恒温槽内需要盛装不同的前驱体溶液以及烘干炉的加热温区不同，所以有必要制备两套装置。
在上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述偏铝酸钠前驱体溶液的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤（一）：按照设计要求称取去离子水、偏铝酸钠和聚乙烯醇备用；
步骤（二）：将去离子水加热至一定温度后，将偏铝酸钠加入去离子水中，在保持加热状态下进行搅拌，使偏铝酸钠完全溶解，制得偏铝酸钠水溶液；
步骤（三）：将聚乙烯醇加入偏铝酸钠水溶液中，在保持加热状态下进行搅拌，即可制得偏铝酸钠前驱体溶液。
在上述任一方案中优选的是，所述偏铝酸钠前驱体溶液中各物质占所述偏铝酸钠前驱体溶液的质量百分比为，偏铝酸钠占10-20wt%、聚乙烯醇占0.1-1.5wt%、去离子水占79-89wt%；所述去离子水的加热温度为40-50℃，所述偏铝酸钠与所述去离子水的搅拌温度为40-50℃、搅拌时间为30-120min，所述聚乙烯醇与所述偏铝酸钠水溶液的搅拌温度为40-50℃、搅拌时间为30-60min；所述偏铝酸钠前驱体溶液需在配制后的12h内使用。
在上述任一方案中优选的是，步骤二中，采用偏铝酸钠涂覆装置在纤维束丝的外表面涂覆偏铝酸钠涂层的方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤（1）：将纤维束丝安装在放线辊Ⅰ上，拉出头部使其依次穿过恒温槽Ⅰ和烘干炉Ⅰ，并固定在收线辊Ⅰ上；将偏铝酸钠前驱体溶液倒入恒温槽Ⅰ内，使两个驱动辊Ⅰ和纤维束丝位于偏铝酸钠前驱体溶液的液面以下；打开恒温槽Ⅰ的加热开关，对恒温槽Ⅰ内的偏铝酸钠前驱体溶液进行加热；打开烘干炉Ⅰ，使烘干炉Ⅰ的三个温区分别升至一定温度；
步骤（2）：启动放线辊Ⅰ、驱动辊Ⅰ和收线辊Ⅰ输送纤维束丝，使纤维束丝连续运动依次经过恒温槽Ⅰ和烘干炉Ⅰ，并对其进行涂覆和烘干处理；
步骤（3）：待涂覆和烘干处理结束后，即可在纤维束丝的外表面形成偏铝酸钠涂层；
所述恒温槽Ⅰ的加热温度为30-60℃；所述烘干炉Ⅰ三个温区的长度均为0.3-0.5m，所述第一温区的加热温度为100-150℃，所述第二温区的加热温度比所述第一温区的加热温度高10-20℃，所述第三温区的加热温度比所述第二温区的加热温度高10-20℃；
所述纤维束丝与所述偏铝酸钠前驱体溶液液面之间的距离为30-45cm；所述纤维束丝在所述恒温槽Ⅰ内的行程为0.5-2m，其输送速度为1-5m/min。
本发明中，将两个驱动辊Ⅰ中心轴之间的距离定义为纤维束丝在恒温槽Ⅰ内的行程L1，将两个驱动辊Ⅰ之间的纤维束丝到偏铝酸钠前驱体溶液液面的高度定义为纤维束丝与偏铝酸钠前驱体溶液液面之间的距离H1。
本发明中，通过控制聚乙烯醇的添加量来初步调节偏铝酸钠前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为15-65cp，误差为±3；通过控制恒温槽Ⅰ的加热温度进一步微调偏铝酸钠前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为15-65cp，误差为±0.5；通过控制偏铝酸钠的添加量来调节偏铝酸钠前驱体溶液的浓度；通过控制偏铝酸钠前驱体溶液的粘度和浓度来调节偏铝酸钠涂层的厚度，进而调节最终所制备的浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层中的铝含量。
在涂覆偏铝酸钠涂层的过程中，若偏铝酸钠前驱体溶液的粘度超过50cp，则需要启动超声波振动器Ⅰ进行超声振动，使偏铝酸钠前驱体溶液向纤维束丝内部渗透，超声频率为50-120KHZ，超声功率为0.4-2kW。
在上述任一方案中优选的是，步骤三中，所述硼酸前驱体溶液的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤A：按照设计要求称取无水乙醇、硼酸和卡波树脂备用；
步骤B：将无水乙醇加热至一定温度后，将硼酸加入无水乙醇中，在保持加热状态下进行搅拌，使硼酸完全溶解，制得硼酸乙醇溶液；
步骤C：将卡波树脂加入硼酸乙醇溶液中，在保持加热状态下进行搅拌，即可制得硼酸前驱体溶液。
在上述任一方案中优选的是，所述硼酸前驱体溶液中各物质占所述硼酸前驱体溶液的质量百分比为，硼酸占10-35wt%、卡波树脂占0.1-1.5wt%、无水乙醇占64-89wt%；所述无水乙醇的加热温度为25-35℃，所述硼酸与所述无水乙醇的搅拌温度为25-35℃、搅拌时间为20-100min，所述卡波树脂与所述硼酸乙醇溶液的搅拌温度为25-35℃、搅拌时间为30-60min；所述硼酸前驱体溶液需在30℃以下避光密封保存，且在配制后的12h内使用。
在上述任一方案中优选的是，步骤三中，采用硼酸涂覆装置在带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝的外表面涂覆硼酸涂层的方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤（1）：将带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝安装在放线辊Ⅱ上，拉出头部使其依次穿过恒温槽Ⅱ和烘干炉Ⅱ，并固定在收线辊Ⅱ上；将硼酸前驱体溶液倒入恒温槽Ⅱ内，使两个驱动辊Ⅱ和带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝位于硼酸前驱体溶液的液面以下；打开恒温槽Ⅱ的加热开关，对恒温槽Ⅱ内的硼酸前驱体溶液进行加热；打开烘干炉Ⅱ，使炉温升至一定温度；
步骤（2）：启动放线辊Ⅱ、驱动辊Ⅱ和收线辊Ⅱ输送带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝，使带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝连续运动依次经过恒温槽Ⅱ和烘干炉Ⅱ，并对其进行涂覆和烘干处理；
步骤（3）：待涂覆和烘干处理结束后，即可在带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝的外表面形成硼酸涂层；
所述恒温槽Ⅱ的加热温度为30-40℃；所述烘干炉Ⅱ的温区长度为1.5-2.5m、加热温度为60-90℃；
所述带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝与所述硼酸前驱体溶液液面之间的距离为20-35cm；所述带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝在所述恒温槽Ⅱ内的行程为1-2.5m，其输送速度为0.8-4m/min。
本发明中，将两个驱动辊Ⅱ中心轴之间的距离定义为带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝在恒温槽Ⅱ内的行程L2，将两个驱动辊Ⅱ之间的带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝到硼酸前驱体溶液液面的高度定义为带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝与硼酸前驱体溶液液面之间的距离H2。
本发明中，通过控制卡波树脂的添加量来初步调节硼酸前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为20-50cp，误差为±3；通过控制恒温槽Ⅱ的加热温度进一步微调硼酸前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为20-50cp，误差为±0.5；通过控制硼酸的添加量来调节硼酸前驱体溶液的浓度；通过控制硼酸前驱体溶液的粘度和浓度来调节硼酸涂层的厚度，进而调节最终所制备的浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层中的硼含量。
在涂覆硼酸涂层的过程中，若硼酸前驱体溶液的粘度超过40cp，则需要启动超声波振动器Ⅱ进行超声振动，使硼酸前驱体溶液向带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝内部渗透，超声频率为50-120KHZ，超声功率为0.2-0.8kW。
在涂覆硼酸涂层的过程中，每隔20-30min取硼酸前驱体溶液测定其粘度，若粘度值超过50cp，则需要向恒温槽Ⅱ内加入适量的无水乙醇进行稀释。
在上述任一方案中优选的是，步骤四中，将带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝放入煅烧炉内进行氮化热处理的方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤a：将收线辊Ⅱ及缠绕在其上的带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝一起放入煅烧炉内，同时采用氮气置换煅烧炉内的气体；
步骤b：按照设计要求设置氮化热处理的工艺参数，并对带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝进行氮化热处理；
步骤c：待氮化热处理结束后，再次采用氮气置换煅烧炉内的气体，打开煅烧炉取出带有浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层的纤维束丝；
在采用氮气置换煅烧炉内的气体时，先对煅烧炉内部抽真空至绝对压力小于1Pa，再充入氮气至常压，步骤a和步骤c均置换三次；
氮化热处理的工艺为：以2-5℃/min的升温速率从室温升至150℃，保温时间为100-150min，在升温过程中通入氢气，氢气的流量为10-20L/min，在保温过程中通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为3-4:1，混合气的流量为10-20L/min；以10-20℃/min的升温速率从150℃升至500℃，保温时间为30-60min，在升温和保温过程中均通入氢气，氢气的流量为1-5L/min；以4-5℃/min的升温速率从500℃升至1200℃，随后以2-2.5℃/min的升温速率从1200℃升至1300℃，保温时间为30-120min，在升温和保温过程中均通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为1-2:1，混合气的流量为5-10L/min；以2-2.5℃/min的降温速率从1300℃降至1250℃，保温时间为30-120min，在降温过程中通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为1-2:1，混合气的流量为5-10L/min，在保温过程中通入氢气，氢气的流量为10-20L/min；以25-30℃/min的升温速率从1250℃升至1600℃，随后以15-25℃/min的降温速率从1600℃降至1250℃，然后随炉冷却，在升温、降温和随炉冷却过程中均通入氢气，氢气的流量为1-5L/min。
本发明中，所使用的煅烧炉具有快速升温和气氛调节功能。将带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝进行氮化热处理的作用为，使纤维束丝表面的偏铝酸钠涂层和硼酸涂层反应生成AlN+BN的复合涂层，同时AlN+BN的复合涂层在高温下发生扩散，生成浓度梯度Al掺杂BN界面层。
本发明采用的氮化热处理工艺非常重要，每个热处理阶段都起到不同的作用，具体工艺参数和作用如表1所示。
表1 氮化热处理的工艺参数与作用
本发明的浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法，简单易行，能够高效率连续制备浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层，所制备的铝掺杂氮化硼界面层中铝含量在界面层厚度方向上呈梯度分布，实现抗氧化能力和力学性能的改善，能够很好地起到材料增韧、抗氧化、调节应力的作用，同时采用该界面层制得的纤维束丝的表面平整、均匀、连续。
附图说明
图1为按照本发明浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法的一优选实施例的工艺流程图；
图2为图1所示实施例中偏铝酸钠涂覆装置的结构示意图；
图3为图1所示实施例中硼酸涂覆装置的结构示意图；
图4为图1所示实施例制得的浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层的SME照片；
图5为图1所示实施例制得的带有浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层SiC纤维与仅带有氮化硼界面层SiC纤维的氧化试验结果对比曲线；
图6为图1所示实施例制得的带有浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层SiC/SiC复合材料与仅带有氮化硼界面层SiC/SiC复合材料的拉伸断裂试验结果对比曲线。
图中标注说明：
1-放线辊Ⅰ，2-恒温槽Ⅰ，3-烘干炉Ⅰ，4-收线辊Ⅰ，5-纤维束丝，21-驱动辊Ⅰ，22-导向辊Ⅰ，23-密封盖Ⅰ，24-超声波振动器Ⅰ，25-偏铝酸钠前驱体溶液，31-第一温区，32-第二温区，33-第三温区，L1-纤维束丝在恒温槽Ⅰ内的行程，H1-纤维束丝与偏铝酸钠前驱体溶液液面之间的距离；
6-放线辊Ⅱ，7-恒温槽Ⅱ，8-烘干炉Ⅱ，9-收线辊Ⅱ，10-带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝，71-驱动辊Ⅱ，72-导向辊Ⅱ，73-密封盖Ⅱ，74-超声波振动器Ⅱ，75-硼酸前驱体溶液，L2-带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝在恒温槽Ⅱ内的行程，H2-带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝与硼酸前驱体溶液液面之间的距离。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
实施例一：
如图1所示，按照本发明浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法的一优选实施例，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：设计并组装偏铝酸钠涂覆装置和硼酸涂覆装置，确保装置在制备偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的过程中能够正常使用；
步骤二：配制偏铝酸钠前驱体溶液，并采用偏铝酸钠涂覆装置在纤维束丝的外表面涂覆偏铝酸钠涂层；
步骤三：配制硼酸前驱体溶液，并采用硼酸涂覆装置在带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝的外表面涂覆硼酸涂层；
步骤四：将带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝放入煅烧炉内进行氮化热处理，待氮化热处理结束后，即可在纤维束丝的外表面制得浓度梯度掺杂氮化硼界面层。
如图2所示，所述偏铝酸钠涂覆装置包括自左向右依次设置的放线辊Ⅰ1、恒温槽Ⅰ2、烘干炉Ⅰ3和收线辊Ⅰ4；所述恒温槽Ⅰ2的内部设置两个驱动辊Ⅰ21，所述恒温槽Ⅰ2的外部设置两个导向辊Ⅰ22，所述恒温槽Ⅰ2的开口端设置密封盖Ⅰ23，所述恒温槽Ⅰ2的中心部位垂直设置超声波振动器Ⅰ24，所述恒温槽Ⅰ2内盛装偏铝酸钠前驱体溶液25；所述烘干炉Ⅰ3设置三个温区，自左向右依次为第一温区31、第二温区32和第三温区33；纤维束丝5自左向右依次经过放线辊Ⅰ1、恒温槽Ⅰ2、烘干炉Ⅰ3和收线辊Ⅰ4。本实施例中，将两个驱动辊Ⅰ中心轴之间的距离定义为纤维束丝在恒温槽Ⅰ内的行程L1，将两个驱动辊Ⅰ之间的纤维束丝到偏铝酸钠前驱体溶液液面的高度定义为纤维束丝与偏铝酸钠前驱体溶液液面之间的距离H1。
如图3所示，所述硼酸涂覆装置包括自左向右依次设置的放线辊Ⅱ6、恒温槽Ⅱ7、烘干炉Ⅱ8和收线辊Ⅱ9；所述恒温槽Ⅱ7的内部设置两个驱动辊Ⅱ71，所述恒温槽Ⅱ7的外部设置两个导向辊Ⅱ72，所述恒温槽Ⅱ7的开口端设置密封盖Ⅱ73，所述恒温槽Ⅱ7的中心部位垂直设置超声波振动器Ⅱ74，所述恒温槽Ⅱ7内盛装硼酸前驱体溶液75；所述烘干炉Ⅱ8设置一个温区；所述收线辊Ⅱ9的材质为石墨或者氧化铝；带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝10自左向右依次经过放线辊Ⅱ6、恒温槽Ⅱ7、烘干炉Ⅱ8和收线辊Ⅱ9。本实施例中，将两个驱动辊Ⅱ中心轴之间的距离定义为带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝在恒温槽Ⅱ内的行程L2，将两个驱动辊Ⅱ之间的带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝到硼酸前驱体溶液液面的高度定义为带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝与硼酸前驱体溶液液面之间的距离H2。
本实施例中，虽然偏铝酸钠涂覆装置和硼酸涂覆装置的基本结构大体相同，但由于纤维束丝在涂覆偏铝酸钠涂层和硼酸涂层时的行程不同、到前驱体溶液液面的距离不同，并且恒温槽内需要盛装不同的前驱体溶液以及烘干炉的加热温区不同，所以有必要制备两套装置。本实施例所使用的纤维束丝为SiC纤维束丝。
步骤二中，所述偏铝酸钠前驱体溶液的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤（一）：按照设计要求称取去离子水、偏铝酸钠和聚乙烯醇备用；
步骤（二）：将去离子水加热至一定温度后，将偏铝酸钠加入去离子水中，在保持加热状态下进行搅拌，使偏铝酸钠完全溶解，制得偏铝酸钠水溶液；
步骤（三）：将聚乙烯醇加入偏铝酸钠水溶液中，在保持加热状态下进行搅拌，即可制得偏铝酸钠前驱体溶液。
所述偏铝酸钠前驱体溶液中各物质占所述偏铝酸钠前驱体溶液的质量百分比为，偏铝酸钠占10wt%、聚乙烯醇占1wt%、去离子水占89wt%；所述去离子水的加热温度为45℃，所述偏铝酸钠与所述去离子水的搅拌温度为45℃、搅拌时间为80min，所述聚乙烯醇与所述偏铝酸钠水溶液的搅拌温度为45℃、搅拌时间为45min；所述偏铝酸钠前驱体溶液需在配制后的12h内使用。
步骤二中，采用偏铝酸钠涂覆装置在纤维束丝的外表面涂覆偏铝酸钠涂层的方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤（1）：将纤维束丝安装在放线辊Ⅰ上，拉出头部使其依次穿过恒温槽Ⅰ和烘干炉Ⅰ，并固定在收线辊Ⅰ上；将偏铝酸钠前驱体溶液倒入恒温槽Ⅰ内，使两个驱动辊Ⅰ和纤维束丝位于偏铝酸钠前驱体溶液的液面以下；打开恒温槽Ⅰ的加热开关，对恒温槽Ⅰ内的偏铝酸钠前驱体溶液进行加热；打开烘干炉Ⅰ，使烘干炉Ⅰ的三个温区分别升至一定温度；
步骤（2）：启动放线辊Ⅰ、驱动辊Ⅰ和收线辊Ⅰ输送纤维束丝，使纤维束丝连续运动依次经过恒温槽Ⅰ和烘干炉Ⅰ，并对其进行涂覆和烘干处理；
步骤（3）：待涂覆和烘干处理结束后，即可在纤维束丝的外表面形成偏铝酸钠涂层；
所述恒温槽Ⅰ的加热温度为45℃；所述烘干炉Ⅰ三个温区的长度均为0.4m，所述第一温区的加热温度为120℃，所述第二温区的加热温度比所述第一温区的加热温度高15℃，所述第三温区的加热温度比所述第二温区的加热温度高15℃；所述纤维束丝与所述偏铝酸钠前驱体溶液液面之间的距离为38cm；所述纤维束丝在所述恒温槽Ⅰ内的行程为1.2m，其输送速度为3m/min。
本实施例中，通过控制聚乙烯醇的添加量来初步调节偏铝酸钠前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为40cp，误差为±3；通过控制恒温槽Ⅰ的加热温度进一步微调偏铝酸钠前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为40cp，误差为±0.5；通过控制偏铝酸钠的添加量来调节偏铝酸钠前驱体溶液的浓度；通过控制偏铝酸钠前驱体溶液的粘度和浓度来调节偏铝酸钠涂层的厚度，进而调节最终所制备的浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层中的铝含量。
步骤三中，所述硼酸前驱体溶液的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤A：按照设计要求称取无水乙醇、硼酸和卡波树脂备用；
步骤B：将无水乙醇加热至一定温度后，将硼酸加入无水乙醇中，在保持加热状态下进行搅拌，使硼酸完全溶解，制得硼酸乙醇溶液；
步骤C：将卡波树脂加入硼酸乙醇溶液中，在保持加热状态下进行搅拌，即可制得硼酸前驱体溶液。
所述硼酸前驱体溶液中各物质占所述硼酸前驱体溶液的质量百分比为，硼酸占10wt%、卡波树脂占1wt%、无水乙醇占89wt%；所述无水乙醇的加热温度为30℃，所述硼酸与所述无水乙醇的搅拌温度为30℃、搅拌时间为60min，所述卡波树脂与所述硼酸乙醇溶液的搅拌温度为30℃、搅拌时间为45min；所述硼酸前驱体溶液需在30℃以下避光密封保存，且在配制后的12h内使用。
步骤三中，采用硼酸涂覆装置在带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝的外表面涂覆硼酸涂层的方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤（1）：将带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝安装在放线辊Ⅱ上，拉出头部使其依次穿过恒温槽Ⅱ和烘干炉Ⅱ，并固定在收线辊Ⅱ上；将硼酸前驱体溶液倒入恒温槽Ⅱ内，使两个驱动辊Ⅱ和带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝位于硼酸前驱体溶液的液面以下；打开恒温槽Ⅱ的加热开关，对恒温槽Ⅱ内的硼酸前驱体溶液进行加热；打开烘干炉Ⅱ，使炉温升至一定温度；
步骤（2）：启动放线辊Ⅱ、驱动辊Ⅱ和收线辊Ⅱ输送带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝，使带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝连续运动依次经过恒温槽Ⅱ和烘干炉Ⅱ，并对其进行涂覆和烘干处理；
步骤（3）：待涂覆和烘干处理结束后，即可在带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝的外表面形成硼酸涂层；
所述恒温槽Ⅱ的加热温度为35℃；所述烘干炉Ⅱ的温区长度为2m、加热温度为75℃；所述带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝与所述硼酸前驱体溶液液面之间的距离为28cm；所述带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝在所述恒温槽Ⅱ内的行程为1.8m，其输送速度为2.5m/min。
本实施例中，通过控制卡波树脂的添加量来初步调节硼酸前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为35cp，误差为±3；通过控制恒温槽Ⅱ的加热温度进一步微调硼酸前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为35cp，误差为±0.5；通过控制硼酸的添加量来调节硼酸前驱体溶液的浓度；通过控制硼酸前驱体溶液的粘度和浓度来调节硼酸涂层的厚度，进而调节最终所制备的浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层中的硼含量。
步骤四中，将带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝放入煅烧炉内进行氮化热处理的方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤a：将收线辊Ⅱ及缠绕在其上的带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝一起放入煅烧炉内，同时采用氮气置换煅烧炉内的气体；
步骤b：按照设计要求设置氮化热处理的工艺参数，并对带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝进行氮化热处理；
步骤c：待氮化热处理结束后，再次采用氮气置换煅烧炉内的气体，打开煅烧炉取出带有浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层的纤维束丝；
在采用氮气置换煅烧炉内的气体时，先对煅烧炉内部抽真空至绝对压力小于1Pa，再充入氮气至常压，步骤a和步骤c均置换三次；氮化热处理的工艺为：以3.5℃/min的升温速率从室温升至150℃，保温时间为125min，在升温过程中通入氢气，氢气的流量为15L/min，在保温过程中通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为3.5:1，混合气的流量为15L/min；以15℃/min的升温速率从150℃升至500℃，保温时间为45min，在升温和保温过程中均通入氢气，氢气的流量为3L/min；以4.5℃/min的升温速率从500℃升至1200℃，随后以2.2℃/min的升温速率从1200℃升至1300℃，保温时间为75min，在升温和保温过程中均通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为1.5:1，混合气的流量为7.5L/min；以2.2℃/min的降温速率从1300℃降至1250℃，保温时间为75min，在降温过程中通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为1.5:1，混合气的流量为7.5L/min，在保温过程中通入氢气，氢气的流量为15L/min；以28℃/min的升温速率从1250℃升至1600℃，随后以20℃/min的降温速率从1600℃降至1250℃，然后随炉冷却，在升温、降温和随炉冷却过程中均通入氢气，氢气的流量为3L/min。
本实施例中，所使用的煅烧炉具有快速升温和气氛调节功能。将带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝进行氮化热处理的作用为，使纤维束丝表面的偏铝酸钠涂层和硼酸涂层反应生成AlN+BN的复合涂层，同时AlN+BN的复合涂层在高温下发生扩散，生成浓度梯度Al掺杂BN界面层。
本实施例制得的浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层的SME照片如图4所示，制得的带有浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层SiC纤维与仅带有氮化硼界面层SiC纤维的氧化试验结果对比曲线如图5所示，制得的带有浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层SiC/SiC复合材料与仅带有氮化硼界面层SiC/SiC复合材料的拉伸断裂试验结果对比曲线如图6所示。从图中可以看出，铝掺杂氮化硼界面层中铝含量在界面层厚度方向上呈梯度分布，具有良好的抗氧化能力和力学性能。
本实施例说明：在涂覆偏铝酸钠涂层的过程中，若偏铝酸钠前驱体溶液的粘度超过50cp，则需要启动超声波振动器Ⅰ进行超声振动，使偏铝酸钠前驱体溶液向纤维束丝内部渗透，超声频率为50-120KHZ，超声功率为0.4-2kW。在涂覆硼酸涂层的过程中，若硼酸前驱体溶液的粘度超过40cp，则需要启动超声波振动器Ⅱ进行超声振动，使硼酸前驱体溶液向带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝内部渗透，超声频率为50-120KHZ，超声功率为0.2-0.8kW。在涂覆硼酸涂层的过程中，每隔20-30min取硼酸前驱体溶液测定其粘度，若粘度值超过50cp，则需要向恒温槽Ⅱ内加入适量的无水乙醇进行稀释。本实施例所使用的化学试剂均由阿拉丁试剂有限公司提供。
实施例二：
按照本发明浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法的另一优选实施例，其制备工艺、所使用的装置、技术原理和有益效果等与实施例一基本相同，不同的是：
步骤二中，所述偏铝酸钠前驱体溶液中各物质占所述偏铝酸钠前驱体溶液的质量百分比为，偏铝酸钠占20wt%、聚乙烯醇占0.1wt%、去离子水占79.9wt%；所述去离子水的加热温度为40℃，所述偏铝酸钠与所述去离子水的搅拌温度为40℃、搅拌时间为120min，所述聚乙烯醇与所述偏铝酸钠水溶液的搅拌温度为40℃、搅拌时间为60min。
所述恒温槽Ⅰ的加热温度为30℃；所述烘干炉Ⅰ三个温区的长度均为0.3m，所述第一温区的加热温度为150℃，所述第二温区的加热温度比所述第一温区的加热温度高20℃，所述第三温区的加热温度比所述第二温区的加热温度高20℃；所述纤维束丝与所述偏铝酸钠前驱体溶液液面之间的距离为30cm；所述纤维束丝在所述恒温槽Ⅰ内的行程为2m，其输送速度为5m/min。
步骤三中，所述硼酸前驱体溶液中各物质占所述硼酸前驱体溶液的质量百分比为，硼酸占35wt%、卡波树脂占0.1wt%、无水乙醇占64.9wt%；所述无水乙醇的加热温度为25℃，所述硼酸与所述无水乙醇的搅拌温度为25℃、搅拌时间为100min，所述卡波树脂与所述硼酸乙醇溶液的搅拌温度为25℃、搅拌时间为60min。
所述恒温槽Ⅱ的加热温度为30℃；所述烘干炉Ⅱ的温区长度为1.5m、加热温度为90℃；所述带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝与所述硼酸前驱体溶液液面之间的距离为20cm；所述带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝在所述恒温槽Ⅱ内的行程为2.5m，其输送速度为4m/min。
步骤四中，氮化热处理的工艺为：以2℃/min的升温速率从室温升至150℃，保温时间为150min，在升温过程中通入氢气，氢气的流量为10L/min，在保温过程中通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为3:1，混合气的流量为10L/min；以10℃/min的升温速率从150℃升至500℃，保温时间为60min，在升温和保温过程中均通入氢气，氢气的流量为1L/min；以4℃/min的升温速率从500℃升至1200℃，随后以2℃/min的升温速率从1200℃升至1300℃，保温时间为120min，在升温和保温过程中均通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为1:1，混合气的流量为5L/min；以2℃/min的降温速率从1300℃降至1250℃，保温时间为120min，在降温过程中通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为1:1，混合气的流量为5L/min，在保温过程中通入氢气，氢气的流量为10L/min；以25℃/min的升温速率从1250℃升至1600℃，随后以15℃/min的降温速率从1600℃降至1250℃，然后随炉冷却，在升温、降温和随炉冷却过程中均通入氢气，氢气的流量为5L/min。
本实施例中，通过控制聚乙烯醇的添加量来初步调节偏铝酸钠前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为15cp，误差为±3；通过控制恒温槽Ⅰ的加热温度进一步微调偏铝酸钠前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为15cp，误差为±0.5。通过控制卡波树脂的添加量来初步调节硼酸前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为20cp，误差为±3；通过控制恒温槽Ⅱ的加热温度进一步微调硼酸前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为20cp，误差为±0.5。
实施例三：
按照本发明浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法的另一优选实施例，其制备工艺、所使用的装置、技术原理和有益效果等与实施例一基本相同，不同的是：
步骤二中，所述偏铝酸钠前驱体溶液中各物质占所述偏铝酸钠前驱体溶液的质量百分比为，偏铝酸钠占15wt%、聚乙烯醇占1.5wt%、去离子水占83.5wt%；所述去离子水的加热温度为50℃，所述偏铝酸钠与所述去离子水的搅拌温度为50℃、搅拌时间为30min，所述聚乙烯醇与所述偏铝酸钠水溶液的搅拌温度为50℃、搅拌时间为30min。
所述恒温槽Ⅰ的加热温度为60℃；所述烘干炉Ⅰ三个温区的长度均为0.5m，所述第一温区的加热温度为100℃，所述第二温区的加热温度比所述第一温区的加热温度高10℃，所述第三温区的加热温度比所述第二温区的加热温度高10℃；所述纤维束丝与所述偏铝酸钠前驱体溶液液面之间的距离为45cm；所述纤维束丝在所述恒温槽Ⅰ内的行程为0.5m，其输送速度为1m/min。
步骤三中，所述硼酸前驱体溶液中各物质占所述硼酸前驱体溶液的质量百分比为，硼酸占22.5wt%、卡波树脂占1.5wt%、无水乙醇占76wt%；所述无水乙醇的加热温度为35℃，所述硼酸与所述无水乙醇的搅拌温度为35℃、搅拌时间为20min，所述卡波树脂与所述硼酸乙醇溶液的搅拌温度为35℃、搅拌时间为30min。
所述恒温槽Ⅱ的加热温度为40℃；所述烘干炉Ⅱ的温区长度为2.5m、加热温度为60℃；所述带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝与所述硼酸前驱体溶液液面之间的距离为35cm；所述带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝在所述恒温槽Ⅱ内的行程为1m，其输送速度为0.8m/min。
步骤四中，氮化热处理的工艺为：以5℃/min的升温速率从室温升至150℃，保温时间为100min，在升温过程中通入氢气，氢气的流量为20L/min，在保温过程中通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为4:1，混合气的流量为20L/min；以20℃/min的升温速率从150℃升至500℃，保温时间为30min，在升温和保温过程中均通入氢气，氢气的流量为5L/min；以5℃/min的升温速率从500℃升至1200℃，随后以2.5℃/min的升温速率从1200℃升至1300℃，保温时间为30min，在升温和保温过程中均通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为2:1，混合气的流量为10L/min；以2.5℃/min的降温速率从1300℃降至1250℃，保温时间为30min，在降温过程中通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为2:1，混合气的流量为10L/min，在保温过程中通入氢气，氢气的流量为20L/min；以30℃/min的升温速率从1250℃升至1600℃，随后以25℃/min的降温速率从1600℃降至1250℃，然后随炉冷却，在升温、降温和随炉冷却过程中均通入氢气，氢气的流量为1L/min。
本实施例中，通过控制聚乙烯醇的添加量来初步调节偏铝酸钠前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为65cp，误差为±3；通过控制恒温槽Ⅰ的加热温度进一步微调偏铝酸钠前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为65cp，误差为±0.5。由于偏铝酸钠前驱体溶液的粘度超过50cp，所以需要启动超声波振动器Ⅰ进行超声振动，使偏铝酸钠前驱体溶液向纤维束丝内部渗透，超声频率为50-120KHZ，超声功率为0.4-2kW。
通过控制卡波树脂的添加量来初步调节硼酸前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为50cp，误差为±3；通过控制恒温槽Ⅱ的加热温度进一步微调硼酸前驱体溶液的粘度，使其粘度值μ为50cp，误差为±0.5。由于硼酸前驱体溶液的粘度超过40cp，所以需要启动超声波振动器Ⅱ进行超声振动，使硼酸前驱体溶液向带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝内部渗透，超声频率为50-120KHZ，超声功率为0.2-0.8kW。
特别说明：本发明的技术方案中涉及了诸多参数，需要综合考虑各个参数之间的协同作用，才能获得本发明的有益效果和显著进步。而且技术方案中各个参数的取值范围都是经过大量试验才获得的，针对每一个参数以及各个参数的相互组合，发明人都记录了大量试验数据，限于篇幅，在此不公开具体试验数据。
本领域技术人员不难理解，本发明的浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：设计并组装偏铝酸钠涂覆装置和硼酸涂覆装置，确保装置在制备偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的过程中能够正常使用；
步骤二：配制偏铝酸钠前驱体溶液，并采用偏铝酸钠涂覆装置在纤维束丝的外表面涂覆偏铝酸钠涂层；
步骤三：配制硼酸前驱体溶液，并采用硼酸涂覆装置在带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝的外表面涂覆硼酸涂层；
步骤四：将带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝放入煅烧炉内进行氮化热处理，待氮化热处理结束后，即可在纤维束丝的外表面制得浓度梯度掺杂氮化硼界面层；
步骤四中，将带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝放入煅烧炉内进行氮化热处理的方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤a：将收线辊Ⅱ及缠绕在其上的带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝一起放入煅烧炉内，同时采用氮气置换煅烧炉内的气体；
步骤b：按照设计要求设置氮化热处理的工艺参数，并对带有偏铝酸钠涂层和硼酸涂层的纤维束丝进行氮化热处理；
步骤c：待氮化热处理结束后，再次采用氮气置换煅烧炉内的气体，打开煅烧炉取出带有浓度梯度铝掺杂氮化硼界面层的纤维束丝；
在采用氮气置换煅烧炉内的气体时，先对煅烧炉内部抽真空至绝对压力小于1Pa，再充入氮气至常压，步骤a和步骤c均置换三次；
氮化热处理的工艺为，以2-5℃/min的升温速率从室温升至150℃，保温时间为100-150min，在升温过程中通入氢气，氢气的流量为10-20L/min，在保温过程中通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为3-4:1，混合气的流量为10-20L/min；以10-20℃/min的升温速率从150℃升至500℃，保温时间为30-60min，在升温和保温过程中均通入氢气，氢气的流量为1-5L/min；以4-5℃/min的升温速率从500℃升至1200℃，随后以2-2.5℃/min的升温速率从1200℃升至1300℃，保温时间为30-120min，在升温和保温过程中均通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为1-2:1，混合气的流量为5-10L/min；以2-2.5℃/min的降温速率从1300℃降至1250℃，保温时间为30-120min，在降温过程中通入氨气和氢气的混合气，其中氨气与氢气的体积比为1-2:1，混合气的流量为5-10L/min，在保温过程中通入氢气，氢气的流量为10-20L/min；以25-30℃/min的升温速率从1250℃升至1600℃，随后以15-25℃/min的降温速率从1600℃降至1250℃，然后随炉冷却，在升温、降温和随炉冷却过程中均通入氢气，氢气的流量为1-5L/min。
2.根据权利要求1所述的浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法，其特征在于：所述偏铝酸钠涂覆装置包括自左向右依次设置的放线辊Ⅰ、恒温槽Ⅰ、烘干炉Ⅰ和收线辊Ⅰ；所述恒温槽Ⅰ的内部设置两个驱动辊Ⅰ，所述恒温槽Ⅰ的外部设置两个导向辊Ⅰ，所述恒温槽Ⅰ的开口端设置密封盖Ⅰ，所述恒温槽Ⅰ的中心部位垂直设置超声波振动器Ⅰ，所述恒温槽Ⅰ内盛装偏铝酸钠前驱体溶液；所述烘干炉Ⅰ设置三个温区，自左向右依次为第一温区、第二温区和第三温区；纤维束丝自左向右依次经过放线辊Ⅰ、恒温槽Ⅰ、烘干炉Ⅰ和收线辊Ⅰ。
3.根据权利要求2所述的浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法，其特征在于：所述硼酸涂覆装置包括自左向右依次设置的放线辊Ⅱ、恒温槽Ⅱ、烘干炉Ⅱ和收线辊Ⅱ；所述恒温槽Ⅱ的内部设置两个驱动辊Ⅱ，所述恒温槽Ⅱ的外部设置两个导向辊Ⅱ，所述恒温槽Ⅱ的开口端设置密封盖Ⅱ，所述恒温槽Ⅱ的中心部位垂直设置超声波振动器Ⅱ，所述恒温槽Ⅱ内盛装硼酸前驱体溶液；所述烘干炉Ⅱ设置一个温区；所述收线辊Ⅱ的材质为石墨或者氧化铝；带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝自左向右依次经过放线辊Ⅱ、恒温槽Ⅱ、烘干炉Ⅱ和收线辊Ⅱ。
4.根据权利要求3所述的浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法，其特征在于：步骤二中，所述偏铝酸钠前驱体溶液的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤，
步骤（一）：按照设计要求称取去离子水、偏铝酸钠和聚乙烯醇备用；
步骤（二）：将去离子水加热至一定温度后，将偏铝酸钠加入去离子水中，在保持加热状态下进行搅拌，使偏铝酸钠完全溶解，制得偏铝酸钠水溶液；
步骤（三）：将聚乙烯醇加入偏铝酸钠水溶液中，在保持加热状态下进行搅拌，即可制得偏铝酸钠前驱体溶液。
5.根据权利要求4所述的浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法，其特征在于：所述偏铝酸钠前驱体溶液中各物质占所述偏铝酸钠前驱体溶液的质量百分比为，偏铝酸钠占10-20wt%、聚乙烯醇占0.1-1.5wt%、去离子水占79-89wt%；所述去离子水的加热温度为40-50℃，所述偏铝酸钠与所述去离子水的搅拌温度为40-50℃、搅拌时间为30-120min，所述聚乙烯醇与所述偏铝酸钠水溶液的搅拌温度为40-50℃、搅拌时间为30-60min；所述偏铝酸钠前驱体溶液需在配制后的12h内使用。
6.根据权利要求5所述的浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法，其特征在于：步骤二中，采用偏铝酸钠涂覆装置在纤维束丝的外表面涂覆偏铝酸钠涂层的方法，按照先后顺序包括以下步骤，
步骤（1）：将纤维束丝安装在放线辊Ⅰ上，拉出头部使其依次穿过恒温槽Ⅰ和烘干炉Ⅰ，并固定在收线辊Ⅰ上；将偏铝酸钠前驱体溶液倒入恒温槽Ⅰ内，使两个驱动辊Ⅰ和纤维束丝位于偏铝酸钠前驱体溶液的液面以下；打开恒温槽Ⅰ的加热开关，对恒温槽Ⅰ内的偏铝酸钠前驱体溶液进行加热；打开烘干炉Ⅰ，使烘干炉Ⅰ的三个温区分别升至一定温度；
步骤（2）：启动放线辊Ⅰ、驱动辊Ⅰ和收线辊Ⅰ输送纤维束丝，使纤维束丝连续运动依次经过恒温槽Ⅰ和烘干炉Ⅰ，并对其进行涂覆和烘干处理；
步骤（3）：待涂覆和烘干处理结束后，即可在纤维束丝的外表面形成偏铝酸钠涂层；
所述恒温槽Ⅰ的加热温度为30-60℃；所述烘干炉Ⅰ三个温区的长度均为0.3-0.5m，所述第一温区的加热温度为100-150℃，所述第二温区的加热温度比所述第一温区的加热温度高10-20℃，所述第三温区的加热温度比所述第二温区的加热温度高10-20℃；
所述纤维束丝与所述偏铝酸钠前驱体溶液液面之间的距离为30-45cm；所述纤维束丝在所述恒温槽Ⅰ内的行程为0.5-2m，其输送速度为1-5m/min。
7.根据权利要求6所述的浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法，其特征在于：步骤三中，所述硼酸前驱体溶液的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤，
步骤A：按照设计要求称取无水乙醇、硼酸和卡波树脂备用；
步骤B：将无水乙醇加热至一定温度后，将硼酸加入无水乙醇中，在保持加热状态下进行搅拌，使硼酸完全溶解，制得硼酸乙醇溶液；
步骤C：将卡波树脂加入硼酸乙醇溶液中，在保持加热状态下进行搅拌，即可制得硼酸前驱体溶液。
8.根据权利要求7所述的浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法，其特征在于：所述硼酸前驱体溶液中各物质占所述硼酸前驱体溶液的质量百分比为，硼酸占10-35wt%、卡波树脂占0.1-1.5wt%、无水乙醇占64-89wt%；所述无水乙醇的加热温度为25-35℃，所述硼酸与所述无水乙醇的搅拌温度为25-35℃、搅拌时间为20-100min，所述卡波树脂与所述硼酸乙醇溶液的搅拌温度为25-35℃、搅拌时间为30-60min；所述硼酸前驱体溶液需在30℃以下避光密封保存，且在配制后的12h内使用。
9.根据权利要求8所述的浓度梯度掺杂氮化硼界面层的连续制备方法，其特征在于：步骤三中，采用硼酸涂覆装置在带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝的外表面涂覆硼酸涂层的方法，按照先后顺序包括以下步骤，
步骤（1）：将带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝安装在放线辊Ⅱ上，拉出头部使其依次穿过恒温槽Ⅱ和烘干炉Ⅱ，并固定在收线辊Ⅱ上；将硼酸前驱体溶液倒入恒温槽Ⅱ内，使两个驱动辊Ⅱ和带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝位于硼酸前驱体溶液的液面以下；打开恒温槽Ⅱ的加热开关，对恒温槽Ⅱ内的硼酸前驱体溶液进行加热；打开烘干炉Ⅱ，使炉温升至一定温度；
步骤（2）：启动放线辊Ⅱ、驱动辊Ⅱ和收线辊Ⅱ输送带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝，使带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝连续运动依次经过恒温槽Ⅱ和烘干炉Ⅱ，并对其进行涂覆和烘干处理；
步骤（3）：待涂覆和烘干处理结束后，即可在带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝的外表面形成硼酸涂层；
所述恒温槽Ⅱ的加热温度为30-40℃；所述烘干炉Ⅱ的温区长度为1.5-2.5m、加热温度为60-90℃；
所述带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝与所述硼酸前驱体溶液液面之间的距离为20-35cm；所述带有偏铝酸钠涂层的纤维束丝在所述恒温槽Ⅱ内的行程为1-2.5m，其输送速度为0.8-4m/min。
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