[发明专利]一种碳化硅陶瓷纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅陶瓷纤维的制备方法，属于碳化硅陶瓷领域，该制备方法包括：(1)将含不饱和双键的聚碳硅烷与自由基引发剂溶解于有机溶剂中，得到纺丝溶液；(2)将步骤(1)得到的纺丝溶液进行静电纺丝得到聚碳硅烷原纤维；(3)将步骤(2)得到的聚碳硅烷原纤维进行不熔化处理，得到聚碳硅烷纤维；(4)在惰性气体保护下，将步骤(3)得到的聚碳硅烷纤维进行热解后得到碳化硅陶瓷纤维。本发明所述的碳化硅陶瓷纤维的制备方法中由自由基引发剂引发的交联不熔化处理所需时间短、工艺简单且对设备要求低，从而可提高碳化硅陶瓷纤维生产效率。

技术领域

本发明涉及碳化硅陶瓷领域，具体涉及一种碳化硅陶瓷纤维的制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、耐辐照、抗氧化、热膨胀率小和热导率高等优异的综合性能，相比于块体或粉末碳化硅材料，一维碳化硅材料(如纤维、纳米线、晶须等)具有更大的比表面积与长径比、更丰富的微结构设计性、更高的韧性、以及可加工性等，因此在催化、过滤、热防护、传感器、电磁屏蔽、复合材料等领域显示出重要的应用价值。

一维碳化硅材料制备方法一般包括化学气相沉积法、电弧放电法、超细微粉烧结法、碳纤维或碳纳米管转化法、溶胶-凝胶碳热还原法，以及有机前驱体转化法等。

前驱体转化法是以有机聚合物为原料，利用其可溶或者可熔等性质在其成型后，经高温裂解使其从有机物变为无机陶瓷材料。

1976年，日本东北大学的Yajima教授等利用聚碳硅烷为前驱体，经熔融纺丝、不熔化和烧结制备出了直径～10μm连续碳化硅纤维，从此拉开了用前驱体转化法制备连续碳化硅纤维的序幕。

1934年，美国人Formhals首次提出静电纺丝技术，利用带电的高分子溶液(或熔体)在静电场中拉伸变形，经溶剂蒸发(或熔体冷却)而固化，从而得到纤维状物质；然而，由于陶瓷难以直接电纺，因此电纺陶瓷前驱体为制备更细直径碳化硅纤维提供了可能。

2008年，韩国陶瓷工程技术研究所Riu等提出基于聚碳硅烷溶液静电纺丝实现了直径为1～3μm的碳化硅纤维的制备(J.Cream.Process.Res.,2008,9:209-214)。

现有技术中，基于碳化硅前驱体静电纺丝法制备碳化硅纤维的研究一直在进行，并逐步深入到功能应用和复杂微观结构制备。

2009年，Kang等提出以固态聚碳硅烷(PCS)溶液经静电纺丝、辐照交联和1300℃热解，制得SiC纤维毡[Radiat.Phys.Chem.,2009,78:493–495.]。

2011年，Shin等提出以含铝、钯、钛或钨等金属元素的PCS为原料，经静电纺丝、200℃空气不熔化1h和1200-1400℃烧结制得SiC纤维，其认为功能金属元素的引入有利于SiC纤维在催化、过滤、传感器和电池等领域的应用[IOP Conf.Series:Materials Scienceand Engineering 2011,18:082007.]。

2013年，Li等提出在PCS和聚乙烯基吡咯静电纺丝体系中引入四乙氧基硅烷，经静电纺丝、190℃空气不熔化6h和1300-1600℃烧结获得SiC纤维，四乙氧基硅烷的引入可提高静电纺丝纤维长度和改善纤维直径均匀性等[J.Adv.Ceram.,2013,2:242–245.]。

2015年，Ye等提出以PCS和聚锆噁烷混合溶液为原料，经静电纺丝、250℃空气不熔化2h和1600℃烧结获得含介孔结构的SiC/ZrC/C纤维[Mater.Lett.,2015,141:210–213.]。