[发明专利]一种掺硼铝聚碳硅烷及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种掺硼铝聚碳硅烷及其制备方法和应用，所述聚铝碳硅烷的制备方法为：将聚铝碳硅烷与掺硼单体于保护气氛下反应即得掺硼铝聚碳硅烷，所述反应的温度为300～450℃，反应的压力为0.5～15MPa，所述聚铝碳硅烷的分子量为1000～1500g/mol。将所得掺硼铝聚碳硅烷作为陶瓷先驱体，通过熔融纺丝、不熔化、高温烧成与烧结处理，获得掺硼铝碳化硅纤维，该纤维不仅能保持制备过程中原丝的氧化交联活性，并且当烧结温度高于1500℃时，发挥良好烧结助剂作用，可以弥补纤维不稳定性相分解出现的孔洞，抑制纤维内部晶粒迅速长大，促进了SiC纤维的烧结，提高了纤维的致密度，提升纤维耐温性能。

技术领域

本发明属于陶瓷纤维及先驱体制备技术领域，具体涉及一种掺硼铝聚碳硅烷及其制备方法和应用。

背景技术

硼和铝是SiC粉体最有效的烧结助剂，在工业上已广泛用于生产SiC陶瓷。正是因为硼和铝在SiC陶瓷烧结中的重要作用，使得它们被广泛应用于高性能SiC纤维的制备中，并已取得了成功。铝的引入大多通过PCS和乙酰丙酮铝的反应实现，而硼的引入方式大致可以分为三类：(1)利用硼烷或硼氮烷改性SiC纤维先驱体PCS。Florida州立大学Guang JinChoi等用十硼烷(B₁₀H₁₄)改性PCS，然后经熔融纺丝、不熔化处理以及热解制得掺硼连续SiC纤维。(2)将掺硼物质与PCS物理共混，制得掺硼先驱体。国防科技大学楚增勇等将聚硼硅氮烷(PBSN)和PCS物理共混纺丝，经不熔化处理和1250℃烧成得到掺硼SiC纤维。曹峰等用环硼氨烷分别改性聚甲基硅烷(PMS)和PCS，然后将二者混合，经干法纺丝、缓慢热交联及热解制得掺硼SiC纤维。厦门大学蔡智慧等将亚微米级硼粉加入到PCS中，制备了近化学计量比掺硼SiC纤维。(3)采用掺硼气氛对PCS原丝不熔化处理。美国DOW Corning公司采用含BCl₃的混合气体对PCS原丝进行化学交联，开发出SiC含量在95wt％以上的Syramic纤维。此外，德国Bayer AG公司研制出新型掺硼高聚物先驱体，开发出无定型态Siboramic纤维。

对比仅掺铝聚碳硅烷制备的SiC纤维，当温度高于1500℃时，不稳定性相开始分解，产生SiO、CO等气体使得纤维表面出现孔洞，纤维耐温性能下降；而仅掺硼聚碳硅烷制备的SiC纤维，在1500℃及以上温度烧成过程中硼含量会损失，纤维致密化程度低，纤维耐温性能较差，另一方面先驱体中引入硼导致Si-H消耗，从而降低了掺硼原丝的氧化交联活性，相较于与不掺硼原丝，需要在更高的温度下处理，才能保证原丝氧化交联活性。

发明内容

为了克服仅掺硼或掺铝的碳化硅纤维在惰性气氛中1500℃以上时强度保留率较低的缺点。本发明的第一个目的在于提供一种掺硼铝聚碳硅烷的制备方法。

本发明的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的一种掺硼铝聚碳硅烷。

本发明的第三个目的在于提供上述制备方法所制备的一种掺硼铝聚碳硅烷的应用，将所述掺硼铝聚碳硅烷作为陶瓷先驱体，通过熔融纺丝、不熔化、高温烧成与烧结处理，获得掺硼铝碳化硅纤维，该纤维不仅能保持制备过程中原丝的氧化交联活性，并且当烧结温度高于1500℃时，发挥良好烧结助剂作用，可以弥补纤维不稳定性相分解出现的孔洞，抑制纤维内部晶粒迅速长大，促进了SiC纤维的烧结，提高了纤维的致密度，提升纤维耐温性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种掺硼铝聚碳硅烷的制备方法，将聚铝碳硅烷与掺硼单体于保护气氛下反应即得掺硼铝聚碳硅烷，所述反应的温度为300～450℃，反应的压力为0.5～15MPa，所述聚铝碳硅烷的分子量为1000～1500g/mol。