[发明专利]一种SiC/ZrC复合纤维及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种SiC/ZrC复合纤维及其制备方法和用途。所述SiC/ZrC复合纤维的直径为10‑70μm。所述方法包括以下步骤：(1)将液态聚碳硅烷与含锆聚合物混合，得到杂化纺丝液，然后进行静电纺丝，得到SiC/ZrC复合纤维前驱体；(2)将步骤(1)得到的SiC/ZrC复合纤维前驱体，在保护性气氛中进行交联和热处理，得到所述的SiC/ZrC复合纤维。所述SiC/ZrC复合纤维连续均匀、直径可调控，具有优异的拉伸强度和断裂强度，优良的耐高温特性；所述方法未使用有机溶剂和助纺剂，工艺流程短，产率高，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种SiC/ZrC复合纤维及其制备方法和用途。

背景技术

碳化锆(ZrC)作为超高温陶瓷材料之一，因其具有较高的硬度和熔点，良好的化学稳定性和耐辐射性能，被认为是最具潜力的超声速飞行器热防护材料、太阳能热电接收器和核燃料包覆材料。但是，ZrC材料的脆性大，这导致其抗热震性能差，在快速升温过程中容易发生破坏，从而引起灾难性失效。因此，增强ZrC基体，有效克服ZrC陶瓷韧性差、可靠性低等不足，获得可靠性高、抗氧化和韧性高的ZrC陶瓷材料，受到广泛的关注。

目前，研究最多的是SiC/ZrC复合陶瓷材料，其主要的制备方法为，将固体的SiC和ZrC陶瓷前驱体溶解于有机溶剂中，得到SiC/ZrC复合陶瓷前驱体，再经过高温裂解得到SiC/ZrC复合材料。CN102503425A公开了一种碳化硅/碳化锆复相陶瓷的制备方法，涉及一种无机非金属材料复相陶瓷。在惰性气氛保护下，用溶剂溶解二氯二茂锆，再加入液态超支化聚碳硅烷，得混合物A；在惰性气氛保护下，将混合物A减压蒸馏脱除溶剂，得混合物B，在惰性气氛下进行裂解反应，制得碳化硅/碳化锆复相陶瓷。所述方法使用的溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、三氯甲烷、二氯甲烷、四氢呋喃或正己烷中的任意一种，制备工艺复杂，由于有机溶剂的加入使得陶瓷转化率很低，而且有机溶剂对人体和环境也有一定的伤害，获得的碳化硅/碳化锆复相陶瓷尺寸不可控。

CN104478436A公开了一种层状碳化硅/碳化锆超高温陶瓷的制备方法。本发明采用流延法制备出碳化硅流延片和碳化锆流延片，然后将其交替层叠，之后进行排胶、真空烧结。本发明通过对聚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇、乙醇及正辛醇的用量进行限定，制备得到的流延片表面光滑且无气泡产生；对排胶、烧结温度及升温速度、烧结压力进行调控限定，制备得到的层状超高温陶瓷界面清晰，陶瓷的致密性好，能改变裂纹传播路径从而增强断裂韧性，但是所述方法制备工艺复杂、条件苛刻、产率较低；所述碳化硅/碳化锆陶瓷的强度较低，碳化硅层与碳化锆层的断裂强度不一致，均匀性差，导致其抗断裂强度仍然较低。

基于现有技术的研究，如何开发一种不使用有机溶剂，制备工艺简单、产率高的方法，同时获得连续均匀、尺寸可控、比表面积较大、拉伸强度和断裂强度较高的SiC/ZrC复合材料，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种SiC/ZrC复合纤维及其制备方法和用途，所述SiC/ZrC复合纤维连续均匀、直径可调控，具有较大的比表面积，优异的拉伸强度和断裂强度，优良的耐高温特性；所述方法未使用有机溶剂、制备方法简单，陶瓷转化率高，具有较高的应用价值。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种SiC/ZrC复合纤维，所述SiC/ZrC复合纤维的直径为10-70μm。

本发明中，所述复合纤维的直径可以是10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、65μm或70μm等。

本发明提供的SiC/ZrC复合纤维，SiC与ZrC以复合结构的形式结合，连续均匀，其直径从10μm到70μm，属于微材料，与粉末状SiC/ZrC材料相比，纤维状SiC/ZrC材料可作为模板制备纤维增强高温陶瓷基复合材料。