一種表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法，該方法通過(guò)控制燒結(jié)過(guò)程中的升溫程序、燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間和真空度制備得到的連續(xù)SiC纖維表面碳層厚度均勻。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種表面具有碳層的連續(xù)S i C纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及連續(xù)SiC纖維技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維 的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 連續(xù)SiC纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗氧化、抗蠕變、耐腐蝕等一系列優(yōu)異 的性能，可以用于金屬、樹(shù)脂、陶瓷等基體的纖維增強(qiáng)，以制備得到高性能復(fù)合材料，在航空 航天、武器裝備和核工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。日本東北大學(xué)Yajima教授最早開(kāi)發(fā) 出先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備高性能連續(xù)SiC纖維（Yajima S，Hasegawa Y，0kamura K，Matsuzawa T,Development of high tensile strength silicon carbide fiber using an organosilicon polymer precursor .Nature，1978，273:525-527 ·)，其典型的制備流程為： 由有機(jī)硅聚合物高溫裂解、重排縮聚反應(yīng)制備出聚碳硅烷(PCS)作為先驅(qū)體，然后將PCS依 序經(jīng)熔融紡絲、不熔化處理、熱解無(wú)機(jī)化等工藝過(guò)程制備得到連續(xù)SiC纖維。目前，連續(xù)SiC 纖維已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，而且由連續(xù)SiC纖維增強(qiáng)的SiC復(fù)合材料已被廣泛應(yīng)用于航空 航天發(fā)動(dòng)機(jī)的耐熱部件、原子核反應(yīng)堆材料等領(lǐng)域。
[0003] 在連續(xù)SiC纖維表面制備碳涂層，有助于進(jìn)一步提高連續(xù)SiC纖維的強(qiáng)度、改善纖 維與復(fù)合材料基體的界面，以及降低纖維的電阻率。CN201310085507.7中公開(kāi)了一種使用 化學(xué)氣相沉積法(CVD法)制備表面富碳結(jié)構(gòu)的連續(xù)SiC纖維的方法，通過(guò)在高溫管式爐兩端 采用惰性氣氛進(jìn)行氣封，并在入口端氣封內(nèi)側(cè)通入氣態(tài)烷烴和惰性氣體的混合氣，使聚碳 硅烷不熔化纖維在高溫?zé)峤膺^(guò)程中實(shí)現(xiàn)表面沉積碳層。專(zhuān)利CN02140433.X中公開(kāi)了一種皮 芯雙組分纖維法制備連續(xù)碳化硅纖維的生產(chǎn)工藝，首先將高分子聚合物溶解在溶劑中制成 皮液，然后將分散劑、高分子聚合物、SiC粉末、燒結(jié)助劑溶解或分散在溶劑中制成芯液，將 皮液和芯液在壓力下從皮芯復(fù)合噴絲組件的微孔擠出、固化、拉伸、干燥后得到原纖維。將 原纖維在空氣中低溫氧化處理，在氬氣氣氛中高溫?zé)Y(jié)得到芯部為SiC纖維而皮部為碳的 連續(xù)纖維。專(zhuān)利CN201380026420.0中公開(kāi)了使用含有氫氟酸和硝酸，但不含乙酸的水性酸 溶液對(duì)SiC纖維進(jìn)行化學(xué)處理，從而移除了存在于纖維表面的二氧化硅，并形成<100nm的 微孔碳層。
[0004] 由以上現(xiàn)有技術(shù)中所用方法可知，以CVD法、皮芯雙組分法以及刻蝕法等現(xiàn)有技術(shù) 在SiC纖維表面制備碳層，工藝條件復(fù)雜，且很難控制纖維表面所形成的碳層均勻性，因此， 嚴(yán)重制約了表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法，該發(fā)明解 決了現(xiàn)有技術(shù)在SiC纖維表面制備碳層，工藝條件復(fù)雜，且難以控制SiC纖維表面所形成的 碳層均勻性的技術(shù)問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明提供一種表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法，包括以下步驟:將無(wú)機(jī) SiC纖維在真空環(huán)境中按照150~600°C/小時(shí)的升溫速度升溫至1300°C以上后保溫0.5~10 小時(shí)，制得表面具有碳層的SiC纖維。
[0007] 進(jìn)一步地，真空環(huán)境的真空度小于1.01 X 105Pa。
[0008] 進(jìn)一步地，升溫至1300°C以上是指升溫至1300~1900°C。
[0009] 進(jìn)一步地，升溫速度為200~500°C/小時(shí)。
[0010] 進(jìn)一步地，無(wú)機(jī)SiC纖維的制備包括以下步驟:將由PCS聚合物制備的不熔化纖維 在氣體環(huán)境下，按照50~200°C/小時(shí)的升溫速度升至1000~1500°C，保溫0.5~2小時(shí)，制 得;氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣、氫氣或氨氣中的一種或者任意種組成的組。
[0011] 本發(fā)明的另一方面還提供了一種上述方法制備得到的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖 維，連續(xù)SiC纖維表面存在碳層。
[0012] 進(jìn)一步地，碳層的厚度為lnm~4·5μηι。
[0013] 相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)效果：
[0014] 1、本發(fā)明提供的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法，通過(guò)控制燒結(jié)過(guò)程中 的升溫程序和燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間和真空度制備的連續(xù)SiC纖維表面碳層的厚度在lnm~ 4.5μπι的大范圍內(nèi)可調(diào)，而該纖維表面所形成碳層的厚度均勻，無(wú)突起或其他異形結(jié)構(gòu)，并 且與纖維芯部結(jié)合緊密，從而保證了最終得到的連續(xù)SiC纖維仍然保持良好的力學(xué)性能，參 見(jiàn)附圖3。
[0015] 2、本發(fā)明提供的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法，采用纖維制備的常規(guī) 設(shè)備便可實(shí)施，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，能大幅度降低表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的生產(chǎn)成 本。
[0016] 3、本發(fā)明提供的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法，工藝簡(jiǎn)便、操作方便， 易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、制備成本低，所制得連續(xù)SiC纖維力學(xué)性能和耐溫性能好，且表面具 有碳層。
[0017] 4、本發(fā)明提供的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維，該纖維表面存在厚度連續(xù)可調(diào)的 碳層，從而使得該纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能，而且具有優(yōu)良的耐溫性能。
[0018] 具體請(qǐng)參考根據(jù)本發(fā)明的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法提出的各種實(shí) 施例的如下描述，將使得本發(fā)明的上述和其他方面顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例1步驟（1)中制備得到的無(wú)機(jī)SiC纖維的截面掃描電鏡照 片（SEM);
[0020] 圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例1中步驟（1)中制備的無(wú)機(jī)SiC纖維由纖維表面向纖維芯 部的元素分布曲線示意圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例1中制備得到的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的截面掃描 電鏡照片；
[0022] 圖4為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例1中制備的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維由纖維表面向纖 維芯部的元素分布曲線示意圖；
[0023] 圖5為對(duì)比例1中制備得到的連續(xù)SiC纖維在氬氣氣氛中1800°C下保溫1小時(shí)后降 至室溫的表面掃描電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0025] 本發(fā)明提供的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法，包括以下步驟:將無(wú)機(jī) SiC纖維在真空環(huán)境中按照150~600°C/小時(shí)的升溫速度升溫至1300°C以上后保溫0.5~10 小時(shí)，制得所述表面具有碳層的SiC纖維。
[0026] 本發(fā)明提供的方法通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)SiC纖維的燒結(jié)過(guò)程中的升溫程序、燒結(jié)溫度、保溫 時(shí)間和真空度進(jìn)行控制，將SiC纖維中的氧和硅元素由外而內(nèi)進(jìn)行脫除，從而在纖維表面剩 下了碳元素，制得了表面具有均勻且厚度連續(xù)可調(diào)碳層的連續(xù)SiC纖維。而且所得連續(xù)SiC 纖維還具有良好的力學(xué)性能和耐溫性能。該方法通過(guò)在真空環(huán)境下控制保溫時(shí)間，在目標(biāo) 溫度（即大于1300°C)下能夠使得SiC纖維變成C纖維，在這種極端情況下，相當(dāng)于表面碳層 的厚度就是該纖維的半徑。
[0027] 本文中無(wú)機(jī)SiC纖維是指PCS不熔化纖維經(jīng)過(guò)有機(jī)一無(wú)機(jī)轉(zhuǎn)化后，主要由SiC、自由 碳以及SiCx0 y無(wú)定形相等組成的SiC纖維?？梢詾槭惺郛a(chǎn)品或者按現(xiàn)有常規(guī)方法進(jìn)行制備得 到。
[0028]優(yōu)選為，真空度小于1.01 X105Pa。此時(shí)隨著真空度的減小，無(wú)機(jī)SiC纖維中的氧和 硅元素的脫除速度加快，能更容易的在纖維表面形成碳層。通過(guò)控制真空度在該范圍內(nèi)，能 更好的將SiC纖維表層的氧和硅元素脫除，從而形成較厚的碳層。
[0029] 優(yōu)選的，升溫至1300°C以上是指升溫至1300~1900°C。升溫至該溫度后，能有利于 所形成碳層加強(qiáng)所得纖維的力學(xué)性能。
[0030] 優(yōu)選的，升溫速度為200~500°C/小時(shí)。按此速率升溫能進(jìn)一步提高所得纖維的耐 溫性能。
[0031] 優(yōu)選的，無(wú)機(jī)SiC纖維的制備包括以下步驟:將由PCS聚合物制備的不熔化纖維在 氣體環(huán)境下，按照50~200°C/小時(shí)的升溫速度升至1000~1500°C，保溫0.5~2小時(shí)，制得； 氣體為氮?dú)狻鍤?、氦氣、氫氣或氨氣中的一種或者任意種組成的組。按此條件制備無(wú)機(jī)SiC 纖維，能提高所得無(wú)機(jī)SiC纖維的力學(xué)性能，并且可以調(diào)控其元素組成，更有利于后續(xù)制備 得到的碳層的附著，提高最終連續(xù)SiC纖維的力學(xué)性能和耐高溫性能。
[0032] 本文中所用PCS聚合物是指由聚二甲基硅烷經(jīng)過(guò)裂解和重排轉(zhuǎn)化得到的聚碳硅 烷，或是通過(guò)聚碳硅烷與二茂鐵、FeCl3、AlCl 3、Al(AcAc)3、Al(0R)3、B(0R)3、Ti(0R)4、Zr (01〇4、2^六〇六(：)4(1?=16 41?18七或者?11)中的一種或幾種化合物反應(yīng)制得的含?6)1、8、 Ti或者Zr等異質(zhì)元素的聚碳硅烷，或是其它含有Si和C元素的SiC陶瓷的先驅(qū)體聚合物。當(dāng) 然PCS聚合物也可以為市售的此類(lèi)產(chǎn)品。
[0033] 本文中由PCS聚合物制備的不熔化纖維是指由PCS聚合物先經(jīng)過(guò)熔融紡絲、干法紡 絲、濕法紡絲、靜電紡絲等紡絲方式制備得到PCS原纖維，然后再將PCS原纖維置于不熔化處 理裝置中，通入空氣或者活性氣氛進(jìn)行交聯(lián)，或者使用電子束輻照進(jìn)行交聯(lián)，制得不熔化纖 維。
[0034] 本發(fā)明的另一方面還提供了一種按上述方法制備得到的表面具有碳層的連續(xù)SiC 纖維。該纖維由于采用了上述制備方法，使得所得碳層的厚度為lnm~4.5μπι，從而實(shí)現(xiàn)在該 大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，且厚度均勻，而且碳層與SiC纖維芯部結(jié)合緊密，使其具有更優(yōu)良的力 學(xué)性能和耐高溫性能，因而所得纖維不同于現(xiàn)有的連續(xù)SiC纖維。
[0035]優(yōu)選的，所得連續(xù)SiC纖維表面的碳層厚度為在lnm~4.5μηι的大范圍內(nèi)可調(diào)。
[0036]具體的該方法包括以下步驟：
[0037] (1)將由PCS聚合物制備的不熔化纖維置于石墨爐中，通入氣體，按照50~200°C/ 小時(shí)的升溫速度升至1 〇〇〇~1500 °C，保溫0.5~2小時(shí)，制得無(wú)機(jī)S i C纖維；
[0038] (2)將無(wú)機(jī)SiC纖維置于高溫石墨爐中，抽真空至一定真空度，然后按照150~600 °C /小時(shí)的升溫速度升至1300~1900 °C，保溫0.5~10小時(shí)，制得表面具有碳層的SiC纖維。
[0039] 進(jìn)一步，步驟(1)中，所述氣體是指氮?dú)?、氬氣、氦氣、氫氣、氨氣中的一種或者幾種 的混合氣。一定真空度是指小于1.01 X l〇5Pa即小于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0040] 本發(fā)明提供的方法由PCS不熔化纖維出發(fā)，通過(guò)無(wú)機(jī)化處理、在真空條件下的高溫 燒成，從而得到表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維。
[0041 ] 實(shí)施例
[0042] 以下實(shí)施例中所用物料和儀器均為市售。
[0043] 參照例1
[0044] 將由聚二甲基硅烷在常壓高溫下經(jīng)過(guò)裂解和重排轉(zhuǎn)化得到的聚碳硅烷(軟化點(diǎn)為 215<€，數(shù)均分子量為1.68\10 3〖/111〇1，分子量分布系數(shù)為2.82)置于恪融紡絲裝置的恪筒 中，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下加熱升溫至320°C，待其完全熔融成為均勻熔體后，在289 °C、0.4MPa 的壓力下，以400m/分鐘的速度進(jìn)行牽伸紡絲，得到平均直徑為12um的連續(xù)PCS原纖維。將 PCS原纖維經(jīng)過(guò)電子束輻照（電子束束流為3mA，總的輻照時(shí)間為9小時(shí))后制得不熔化纖維。
[0045] 實(shí)施例1
[0046] (1)將參照例1中制備的不熔化纖維置于石墨爐中，通入氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚?氫 氣占混合氣的體積比為85%)，以80°C/小時(shí)的升溫速度升至1000°C，保溫1小時(shí)，制得無(wú)機(jī) SiC纖維。（2)將無(wú)機(jī)SiC纖維置于高溫石墨爐中，抽真空，使真空度達(dá)到6Pa，然后按照300 °C/小時(shí)的升溫速度升至1900°C，保溫1小時(shí)，制得表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維。
[0047] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1步驟(1)中制備的無(wú)機(jī)SiC纖維的截面掃描電鏡照片，由圖可 見(jiàn)，纖維截面光滑均勻，纖維表面沒(méi)有明顯的碳層界面。
[0048]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中步驟（1)中制備的無(wú)機(jī)SiC纖維由纖維表面向纖維芯部的 元素分布曲線，由圖可知，雖然纖維表面l〇nm的范圍內(nèi)富碳富氧，但是從10至200nm的范圍 內(nèi)，纖維組成是富硅的，因此，進(jìn)一步證明了所得無(wú)機(jī)SiC纖維的表面沒(méi)有碳層。
[0049] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的截面掃描電鏡照片 (SEM)，由圖可見(jiàn)，該纖維表面與芯部有明顯的界面出現(xiàn)，說(shuō)明該纖維表面形成了均勻的碳 層。
[0050] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維由纖維表面向纖維芯 部的元素分布曲線，從表面到芯部200nm的范圍內(nèi)，全是碳，硅和氧的含量幾乎可以忽略不 計(jì)。由此可知，在圖3連續(xù)SiC纖維纖維表面已形成碳層，而且從圖3可見(jiàn)，該碳層致密均勻， 厚度大約lym左右。
[0051 ] 實(shí)施例2
[0052]將實(shí)施例1步驟(1)中制備的無(wú)機(jī)SiC纖維置于高溫石墨爐中，抽真空，使真空度達(dá) 到28Pa，按照260 °C /小時(shí)的升溫速度升至1800 °C，保溫1小時(shí)，制得表面具有碳層的連續(xù)SiC 纖維。
[0053] 實(shí)施例3
[0054]將實(shí)施例1步驟(1)中制備的無(wú)機(jī)SiC纖維置于高溫石墨爐中，抽真空，使真空度達(dá) 到350Pa，按照230°C/小時(shí)的升溫速度升至1700°C，保溫2小時(shí)，制得表面具有碳層的連續(xù) SiC纖維。
[0055] 實(shí)施例4
[0056] (1)將參照例1中制備的不熔化纖維置于石墨爐中，通入氮?dú)?，?50°C/小時(shí)的升 溫速度升至1500°C，保溫1小時(shí)，制得無(wú)機(jī)SiC纖維。（2)將無(wú)機(jī)SiC纖維置于高溫石墨爐中， 抽真空，使真空度達(dá)到80Pa，按照200°C/小時(shí)的升溫速度升至1700°C，保溫1小時(shí)，制得表面 具有碳層的連續(xù)SiC纖維。
[0057] 參照例2
[0058]將由聚碳硅烷和2%乙酰丙酮鋁合成的PCS聚合物(軟化點(diǎn)為217°C，數(shù)均分子量為 4110g/mol，分子量分布系數(shù)為1.81)置于熔融紡絲裝置的熔筒中，在惰性氣氛保護(hù)下加熱 升溫至362°C，待其完全熔融成為均勻熔體后，在287°C、0.5MPa的壓力下，以420m/分鐘的速 度進(jìn)行牽伸紡絲，得到平均直徑為13um的PCS原纖維。將PCS原纖維置于空氣不熔化處理裝 置中進(jìn)行不熔化處理，1小時(shí)升至100 °C并保溫2小時(shí)，然后以12°C/小時(shí)的升溫速度升至210 °C，在210°C保溫1小時(shí)后降至室溫制得不熔化纖維。
[0059] 參照例1為通常聚二甲基硅烷裂解聚合形成的PCS聚合物。以下參照例2為聚碳硅 燒和乙酰丙酮鋁反應(yīng)后形成的PCS聚合物。
[0060] 實(shí)施例5
[0061] (1)將參照例2中制備的不熔化纖維置于石墨爐中，通入氮?dú)?，?20°C/小時(shí)的升 溫速度升至1300°C，保溫1小時(shí)，制得無(wú)機(jī)SiC纖維。（2)將無(wú)機(jī)SiC纖維置于高溫石墨爐中， 抽真空，使真空度達(dá)到5000Pa，按照200 °C/小時(shí)的升溫速度升至1900 °C，保溫1小時(shí)，制得表 面具有碳層的連續(xù)SiC纖維。
[0062] 實(shí)施例6
[0063] (1)將參照例2中制備的不熔化纖維置于石墨爐中，通入氮?dú)?，?10°C/小時(shí)的升 溫速度升至1300°C，保溫1小時(shí)，制得無(wú)機(jī)SiC纖維。（2)將無(wú)機(jī)SiC纖維置于高溫石墨爐中， 抽真空，使真空度達(dá)到800Pa，按照200 °C/小時(shí)的升溫速度升至1600 °C，保溫0.5小時(shí)，制得 表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維。
[0064] 實(shí)施例7
[0065] (1)將參照例2中制備的不熔化纖維置于石墨爐中，通入氮?dú)夂蜌錃?氫氣占混合 氣的體積比為25% )，以200°C/小時(shí)的升溫速度升至1500°C，保溫0.5小時(shí)，制得無(wú)機(jī)SiC纖 維。（2)將無(wú)機(jī)SiC纖維置于高溫石墨爐中，抽真空，使真空度達(dá)到0.002Pa，按照600°C/小時(shí) 的升溫速度升至1900°C，保溫10小時(shí)，制得表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維。
[0066] 實(shí)施例8
[0067] (1)將參照例2中制備的不熔化纖維置于石墨爐中，通入氬氣和氨氣(氨氣占混合 氣的體積比為10% )，以50°C/小時(shí)的升溫速度升至1000°C，保溫2小時(shí)，制得無(wú)機(jī)SiC纖維。 (2)將無(wú)機(jī)SiC纖維置于高溫石墨爐中，抽真空，使真空度達(dá)到5Pa，按照150°C/小時(shí)的升溫 速度升至1300°c，保溫1小時(shí)，制得表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維。
[0068] 實(shí)施例9
[0069] 與實(shí)施例4的區(qū)別在于:真空度為5.0 X 104Pa。
[0070] 對(duì)比例1
[0071] 與實(shí)施例2的區(qū)別在于:無(wú)機(jī)SiC纖維在真空環(huán)境中按照100°C/小時(shí)的升溫速度升 溫至1000 C后保溫。
[0072] 對(duì)比例2
[0073] 與實(shí)施例2的區(qū)別在于:無(wú)機(jī)SiC纖維在真空環(huán)境中按照350°C/小時(shí)的升溫速度升 溫至2000 C后保溫。
[0074] 實(shí)施例1~8及對(duì)比例1~2中所得連續(xù)SiC纖維的力學(xué)和耐溫性能列于表1中。纖維 的直徑由螺旋測(cè)微器測(cè)量，而纖維的力學(xué)性能由單纖維電子強(qiáng)力儀測(cè)得。熔融強(qiáng)堿溶解樣 品，以比色法定量分析纖維中的硅含量，而碳和氧含量則分別由C/S分析儀和N/0分析儀測(cè) 得。
[0075] 實(shí)施例2中制備得到的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維，在氬氣氣氛中1800°C下保溫 1小時(shí)后降至室溫，測(cè)得其強(qiáng)度保留率為82%，該纖維具有優(yōu)異的耐高溫性能。
[0076] 對(duì)比例1所得到纖維雖然強(qiáng)度較高，但因其制備溫度太低，表面不存在碳層。在氬 氣氣氛中1800°C下保溫1小時(shí)后降至室溫，該纖維變綠粉化，由圖5可知，對(duì)比例中1所得纖 維結(jié)構(gòu)在該溫度下被高溫破壞，不再致密，完全失去強(qiáng)度。
[0077] 對(duì)比例2中得到的纖維，雖然表面具有碳層，但由于制備溫度太高，纖維強(qiáng)度大幅 下降(參見(jiàn)表1)，嚴(yán)重影響了纖維的應(yīng)用。
[0078] 表1實(shí)施例1~8及對(duì)比例1~2中所得連續(xù)SiC纖維的力學(xué)和耐溫性能表
[0080] 由表1可知，本發(fā)明提供的方法能制得表面具有均勻厚度的碳層，同時(shí)氧含量也能 得到較好的控制，從而使得所得纖維的力學(xué)性能和耐高溫性能等綜合性能均優(yōu)于對(duì)比例1 ~2中所得纖維。碳層厚度在不同的燒結(jié)條件下，能進(jìn)行人為調(diào)控，使其具有可控性。
[0081] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚本發(fā)明的范圍不限制于以上討論的示例，有可能對(duì)其進(jìn)行 若干改變和修改，而不脫離所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的范圍。盡管已經(jīng)在附圖和說(shuō)明 書(shū)中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但這樣的說(shuō)明和描述僅是說(shuō)明或示意性的，而非限制性的。 本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的實(shí)施例。
[0082] 通過(guò)對(duì)附圖，說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)的研究，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 理解和實(shí)現(xiàn)所公開(kāi)的實(shí)施例的變形。在權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)"包括"不排除其他步驟或元素， 而不定冠詞"一個(gè)"或"一種"不排除多個(gè)。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中引用的某些措施的 事實(shí)不意味著這些措施的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求書(shū)中的任何參考標(biāo)記不構(gòu)成對(duì) 本發(fā)明的范圍的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種表面具有碳層的連續(xù)Sic纖維的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:將無(wú)機(jī) SiC纖維在真空環(huán)境中按照150~600°C/小時(shí)的升溫速度升溫至1300°C以上后保溫0.5~10 小時(shí)，制得所述表面具有碳層的SiC纖維。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法，其特征在于，所述 真空環(huán)境的真空度小于1.01 X l〇5Pa。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法，其特征在于，所述 升溫至1300°C以上是指升溫至1300~1900°C。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法，其特征在于，所述 升溫速度為200~500 °C/小時(shí)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維的制備方法，其特 征在于，所述無(wú)機(jī)SiC纖維的制備包括以下步驟:將由PCS聚合物制備的不熔化纖維在氣體 環(huán)境下，按照50~200 °C /小時(shí)的升溫速度升至1000~1500 °C，保溫0.5~2小時(shí)，制得； 所述氣體為氮?dú)狻鍤?、氦氣、氫氣或氨氣中的一種或者任意種組成的組。6. -種按權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述方法制備得到的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維， 其特征在于，所述連續(xù)SiC纖維表面存在碳層。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面具有碳層的連續(xù)SiC纖維，其特征在于，所述碳層的厚度 為lnm~4.5ym〇
【文檔編號(hào)】D01F11/16GK106087112SQ201610571309
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月19日
【發(fā)明人】茍燕子, 王浩, 王軍, 王應(yīng)德, 簡(jiǎn)科, 王小宙
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)