[发明专利]一种高结晶近化学计量比SiC微纳纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种高结晶近化学计量比SiC微纳纤维膜及其制备方法，该制备方法包括制备原纤维、对原纤维依次进行预氧化、预烧和烧结等步骤。本发明提供的制备方法以聚铝碳硅烷为先驱体，与现有以聚碳硅烷为先驱体相比，本发明通过引入铝烧结助剂来抑制高温烧结过程中晶粒粗化的问题，从而避免粗化晶粒对微纳纤维形貌和结构的破坏；该制备方法结合了静电纺丝与先驱体转化来制备SiC微纳纤维膜，所需设备简单，工艺简便；此外，本发明的制备方法通过调控有机溶剂性质来改变纤维表面形貌，以增加纤维的比表面积。

技术领域

本发明涉及SiC纤维技术领域，尤其是一种高结晶近化学计量比SiC微纳纤维膜及其制备方法。

背景技术

SiC纤维作为一种陶瓷材料，相比于其他氧化物陶瓷纤维，具有Si-C强共价键，因此具有耐高温、抗氧化、抗蠕变和耐腐蚀等优异性能。目前制备SiC纤维的方法中最为成熟的是先驱体转化法，包括先驱体合成、熔融纺丝、不熔化处理和高温烧成四大工艺步骤。但是通过熔融纺丝制备的SiC纤维直径约为10微米，纤维直径难以细化至微纳米尺度，限制了其应用。

发明内容

本发明提供一种高结晶近化学计量比SiC微纳纤维膜及其制备方法，用于克服现有技术中纤维直径难以细化至微纳米尺度等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种高结晶近化学计量比SiC微纳纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

S1：将聚铝碳硅烷加入到有机溶剂中，混合均匀，静电纺丝，得到原纤维；

所述有机溶剂为二甲苯、四氢呋喃、乙醇、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种；

S2：将所述原纤维依次进行预氧化、预烧和烧结，得到高结晶近化学计量比SiC纤维膜。

为实现上述目的，本发明还提出一种高结晶近化学计量比SiC微纳纤维膜，由上述所述的制备方法制备得到。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供的高结晶近化学计量比SiC微纳纤维膜的制备方法以聚铝碳硅烷为先驱体，与现有以聚碳硅烷为先驱体相比，本发明通过引入铝烧结助剂来抑制高温烧结过程中晶粒粗化的问题，从而避免粗化晶粒对微纳纤维形貌和结构的破坏。

2、本发明提供的高结晶近化学计量比SiC微纳纤维膜的制备方法结合了静电纺丝与先驱体转化来制备SiC微纳纤维膜，所需设备简单，工艺简便；此外，本发明的制备方法通过调控有机溶剂性质来改变纤维表面形貌，以增加纤维的比表面积。

3、本发明提供的高结晶近化学计量比SiC微纳纤维膜的制备方法对原纤维依次进行预氧化、预烧和烧结，其中，预氧化过程通过引入氧为后续热交联过程形成交联结构做准备；预烧过程一方面通过热交联形成交联结构，使纤维不发生熔融并丝，另一方面使有机纤维无机化，转变为Si-C-O-(Al)无机纤维；烧结过程通过SiC_xO_y相发生分解去除富余氧，并在高温烧结过程实现SiC晶粒生长和致密化。

4、本发明提供的高结晶近化学计量比SiC微纳纤维膜的制备方法制备获得的SiC微纳纤维膜中纤维平均直径小于2微米，氧含量少于1wt％，C/Si原子比为1～1.15，所得晶粒为β-SiC(SiC有六方晶体结构和立方晶体结构，β-SiC为立方结构，相比于六方结构α-SiC制备温度低，两者分界线约为1700℃，而且β-SiC硬度更高)，所述β-SiC晶粒的平均尺寸为25～30nm(用XRD测量)，且该SiC微纳纤维膜具有柔性和力学性能，具有优异的抗氧化性能和高温稳定性，在高温极端环境下有广阔的应用前景。

附图说明