[发明专利]一种高电阻率连续碳化硅纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及连续碳化硅纤维，属于长寿命高温陶瓷基复合材料的补强增韧材料技术领域，具体涉及一种高电阻率连续碳化硅纤维及其制备方法。

背景技术

碳化硅纤维具有优异的高温抗氧化、耐高温、抗蠕变、热膨胀系数小、高强高模、耐辐射、耐化学腐蚀并具有优良电磁波等特性的连续碳化硅纤维及其制品，作为有氧环境下长寿命和有限寿命高温陶瓷基复合材料的补强增韧组元，是航天、航空、核电、先进武器装备等尖端领域中的核心装备发展的关键材料之一，目前尚没有其它纤维可取代它。当其作增强补韧材料制备陶瓷基复合材料时，必须首先对纤维表面进行处理，来调节连续碳化硅纤维表面的电阻率。

目前常规的制备技术路线为：碳化硅纤维-脱胶-制备涂层-上胶-烘干-卷绕，但碳化硅纤维普遍较脆，经过多道工序后会出现毛丝、断头、强度下降等问题，最终造成制备的复合材料性能不稳定。

碳化硅纤维制备普遍采用先驱体转化法，主要包括先驱体合成、熔体纺丝、不熔化交联和高温烧结。为提高碳化硅纤维的柔韧性，我们对制备工艺进行了全面的优化改良。对于先驱体合成阶段，在常压、中温、大反应釜条件下，采用分段共排裂解技术制备得到高分子量、低支化度、高活性、高陶瓷得率的聚碳硅烷陶瓷先驱体；对于熔体纺丝阶段，通过熔融聚碳硅烷的连续闪脱、缓冷吸单制得脆性陶瓷纤维原丝；对于不熔化交联阶段，采用低含氧、隧道窑式交联定型工艺；在高温烧结阶段，采用自反馈闭环还原性烧结工艺，最终制备得到细直径、高电阻率、韧性、可编织性好的连续碳化硅纤维。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种细直径、高电阻率、韧性、可编织性好的连续碳化硅纤维制备方法。

本发明提出了一种高电阻率连续碳化硅纤维制备技术，具体包括以下步骤：

(1)在反应釜内，惰性气体保护下，常压，中温，采用分段共裂重排技术制备得到数均分子量Mn为800-2000，软化点为200-250℃，陶瓷得率为≥60％的高活性聚碳硅烷陶瓷先驱体；

(2)将上述聚碳硅烷先驱体，加热至300-350℃，通过连续快速抽真空充入惰性气体2-3次，缓冷去除小分子熔融纺丝制得脆性聚碳硅烷原丝；

(3)将上述聚碳硅烷原丝置入低含氧的不熔化交联隧道窑炉制得不熔化聚碳硅烷纤维；

(4)上述不熔化聚碳硅烷纤维在惰性气氛保护下连续通过400-900℃、1200-1800℃拉伸烧结制得高电阻连续碳化硅纤维。

优选，先驱体合成时，反应釜内温度在200-500℃；

优选，熔融纺丝连续快速抽真空时抽真空时间在30-90s，真空度在-0.06-0.1Mpa；

优选，不熔化交联过程中热交联段氧气体积百分含量为2-5％；

优选，不熔化聚碳硅烷纤维交联程度在60-80％；

优选，连续烧结过程中400-900℃温度段氮气流量为10-20L/min，1200-1800℃温度段氮气流量为15-30L/min；

优选，连续烧结过程中走丝速度为0.5-2.5m/min；

优选，连续烧结过程中400-900℃温度段张力为0.1-1N，1200-1800℃温度段张力为0.5-2N；

优选，高电阻率连续碳化硅纤维制备过程中所用惰性气体为氮气或氩气；

优选，高电阻率连续碳化硅纤维制备过程中所用惰性气体氮气或氩气纯度均为≥99.99％。

本发明制备的高电阻率连续碳化硅纤维直径为6-14um，拉伸强度为1.8-3.5Gpa，模量140-320Gpa，断裂伸长率≤1.8％，纤维含氧量8％-12％；纤维表面梯度涂层电阻率≥1x105；1000℃空气中高温强度保留率≥75％。

本发明的有益之处在于，在通用级碳化硅纤维生产工艺基础上，通过对先驱体合成、熔体纺丝、不熔化交联、高温连续烧结进行全面的系统优化改良，最终制备得到细直径、高电阻率、韧性、可编织性好的连续碳化硅纤维，该高电阻率连续碳化硅纤维的制备，减少了多道工序后会出现毛丝、断头、强度下降等问题，优化了后续处理工序，极大提高了其复合材料的性能。

附图说明

图1为高电阻率连续碳化硅纤维SEM微观图

图2为高电阻率连续碳化硅纤维XRD衍射图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能够被本领域技术人员更好地理解，并对本发明的保护范围做出更清楚的界定。

实施例1