[发明专利]一种聚碳硅烷纤维的化学气相交联方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚碳硅烷纤维的交联方法，尤其是是涉及一种聚碳硅烷纤维的化学气相交联方法。

背景技术

碳化硅（SiC）纤维具有密度小、比强度大、比模量高、线膨胀系数小、耐高温、耐腐蚀、高强度等特点，与金属、陶瓷、聚合物具有很好的复合相容性，是高性能复合材料的理想增强纤维。同时SiC纤维集结构—隐身—防热多功能于一身，在航天、航空、兵器、能源等高技术领域具有广泛的应用前景。

有机先驱体转化法是以有机聚合物（多为有机金属聚合物）为原料，利用其可溶、可熔等特性实现成型后，经高温热分解处理，使之从有机物转变为无机陶瓷材料的方法。

有机先驱体转化法制备SiC纤维具有如下显著特点：（1）可制备连续、直径较小的纤维（<20μm ），纤维的可编织性好，易于编织成为复杂形状的预制件；（2）较低的制备温度（<1250℃）；（3）可对先驱体进行分子设计，控制先驱体的组成，如制备含有异元素的功能性陶瓷纤维等；（4）适合于工业化生产，生产效率高，其成本仅为CVD法制备的SiC纤维成本的1/10左右。因此，有机先驱体转化法已成为目前制备连续SiC纤维较为理想的方法。有机先驱体转化法是目前制备SiC纤维的主要方法（参见： ①Riedel, R., Mera, G., Hauser, H. and Klongczynski, A., Silicon-based polymer-derived ceramics synthesis properties and applications - A review.《J. Ceram. Soc. Japan,》，2006, 114, 425–444；②Miele, P., Bernard, S., Cornu, D. and Toury, B., Recent developments in polymer-derived ceramic fibers (PDCFs): Preparation, properties and applications - A review. 《Soft Mater.》，2006, 4, 249–286；③Bunsell, R. and Piant, A., A review of the development of three generations of small diameter silicon carbide fibers. J. Mater. Sci., 2006, 41, 823–839；④Okamura, K., Shimoo, T., Suzuya, K., Suzuki, K., SiC-based ceramic fibers prepared via organic-to-inorganic conversion process-a review. 《J. Ceram. Soc. Japan.》，2006, 114, 445-454；⑤陈建军，彭志勤，董文钧, 等.先驱体制备SiC纤维的发展历程与研究进展.《高科技纤维与应用》，2010, 35(1):35-52；⑥赵大方, 王海哲, 李效东. 先驱体转化法制备SiC纤维的研究进展. 《无机材料学报》, 2009, 24(6): 1097-1100；⑦杨大祥, 宋永才. 先驱体法制备连续碳化硅纤维工业化生产的现状与展望. 《机械工程材料》, 2007, 31(1):1-4；⑧杨大祥, 宋永才. 先驱体法制备连续SiC纤维的特性及其应用. 《兵器材料科学与工程》,2007, 30(6):64-69.；⑨楚增勇, 冯春祥, 宋永才, 先驱体法SiC纤维国内外研究与开发现状, 《无机材料学报》2002, 17 (2): 193-201）

有机先驱体转化法制备SiC纤维可分为以下四步工序：步骤一：先驱体合成，即合成以Si、C元素为主要组分的聚合物－聚碳硅烷（PCS）；步骤二：纺丝，即PCS先驱体通过熔融或溶液纺丝的方法制备PCS原纤维；步骤三：交联，将热塑性的PCS原纤维通过适当方法转化为热固性的PCS交联纤维；步骤四：高温烧成，即高温下使PCS交联纤维无机化成陶瓷纤维。