[发明专利]碳化锆、碳化硅纳米复合纤维增强碳化硅纤维及其制备方法

权利要求书

1.一种碳化锆、碳化硅纳米复合纤维增强碳化硅纤维的制备方法，其特征在于，包括步骤：

S1：采用共聚溶胶法制备得到锆英石/酚醛树脂纳米复合纤维，具体包括如下步骤：

将含硅化合物和锆酸四丁酯溶解到无水乙醇中，得到乙醇混合物；然后在搅拌过程中逐滴加入水，再分别加入3-氨基酚、多聚甲醛和氨水，并持续搅拌1h，然后加入丙酮或异丙酮，将得到的混合溶液超声处理3h，之后离心，得到溶胶；将所述溶胶80℃烘干10h，得到干凝胶；将所述干凝胶洗涤，之后120℃干燥，得到所述锆英石/酚醛树脂纳米复合纤维；

其中，含硅化合物为正硅酸丙酯和九水偏硅酸钠中的任意一种或者两种的混合物；

S2：将所述锆英石/酚醛树脂纳米复合纤维制备得到锆英石/酚醛树脂/聚碳硅烷复合纤维精料，具体包括如下步骤：

将所述锆英石/酚醛树脂纳米复合纤维溶解于二甲苯中，然后注入到含有聚二甲基硅烷的反应釜中，以20℃/min的速率加热至200℃，保温2h，之后通入氮气进行气体置换，再以2℃/min的速率加热至360-420℃，保温5h，制备得到粗料；将所述粗料经二甲苯溶解、过滤、减压蒸馏，得到锆英石/酚醛树脂/聚碳硅烷复合纤维精料；

S3：将所述锆英石/酚醛树脂/聚碳硅烷复合纤维精料依次进行熔融纺丝和不熔化处理，得到交联纤维；

S4：将所述交联纤维进行烧结，得到所述碳化锆、碳化硅纳米复合纤维增强碳化硅纤维；

S4具体包括步骤：将所述交联纤维放在烧结炉中，通入含H₂的氩气，以100-200℃/h的速率升温至450-650℃，保温2-4h；随后以相同的速率升温至1000℃，高温裂解2h；再在纯氩气中，以50℃/h速率升温至1300-1800℃，保温0.5-3h，之后随炉冷却，得到碳化锆和SiC纳米纤维增强的SiC纤维。

2.根据权利要求1所述的碳化锆、碳化硅纳米复合纤维增强碳化硅纤维的制备方法，其特征在于：

S1中，所述正硅酸丙酯、所述锆酸四丁酯、所述九水偏硅酸钠的纯度高于99％；

所述乙醇混合物中，正硅酸丙酯或九水偏硅酸钠的质量分数为5％；锆酸四丁酯的质量分数为5％；

所述水和所述乙醇混合物的质量比为(1-10)：1；

所述3-氨基酚和所述乙醇混合物的质量比为(1-10)：1；

所述多聚甲醛和所述乙醇混合物的质量比为(1-10)：1；

所述氨水和所述乙醇混合物的质量比为(0.1-1)：1；所述氨水的质量分数为10-22％；

所述丙酮或异丙酮和所述乙醇混合物的质量比为(0.1-1)：1；

所述洗涤是采用水和/或乙醇洗涤多次，所述多次为3次。

3.根据权利要求1所述的碳化锆、碳化硅纳米复合纤维增强碳化硅纤维的制备方法，其特征在于：

S2中，所述锆英石/酚醛树脂纳米复合纤维和所述二甲苯的质量比为1：(1-10)；

所述锆英石/酚醛树脂纳米复合纤维和所述聚二甲基硅烷的质量比为1：(1-10)；

所述粗料与所述二甲苯的质量比为1：3；

所述反应釜为高压釜。

4.根据权利要求1所述的碳化锆、碳化硅纳米复合纤维增强碳化硅纤维的制备方法，其特征在于，S3具体包括步骤：

将所述锆英石/酚醛树脂/聚碳硅烷复合纤维精料置于熔融纺丝筒中，在惰性气氛下加热至完全熔融状态，随后用高纯氩气加压至5.2-7.5MPa，经喷丝板挤出成丝、集束，得到含有锆英石/酚醛树脂的聚碳硅烷的纺丝纤维束；然后在空气中，320-360℃热交联4-6h，得到交联纤维。

5.根据权利要求1所述的碳化锆、碳化硅纳米复合纤维增强碳化硅纤维的制备方法，其特征在于：

S4中，所述含H₂的氩气的流量为100-200mL/min，所述含H₂的氩气中H₂的质量分数为1-7％。

6.权利要求1-5任一项所述的方法制备得到的碳化锆、碳化硅纳米复合纤维增强碳化硅纤维。

7.权利要求6所述的碳化锆、碳化硅纳米复合纤维增强碳化硅纤维在超高温陶瓷纤维领域中的应用。