陶瓷纖維的合成研究進展_第1頁
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文檔簡介

1、1陶瓷陶瓷纖維纖維的合成研究的合成研究進展摘要:陶瓷纖維具有許多優(yōu)異的性能如高比強度、高比模量、低密度、高硬度、高導熱系數(shù)、低的熱膨脹系數(shù)、耐腐蝕、抗氧化等,從而被廣泛用作高溫結構部件。本文綜述了近幾十年來主要陶瓷纖維的合成工藝,并簡要介紹了各類方法制得的纖維的性能。陶瓷纖維硬度較強,又具有一定彈性及很好的絕熱性能,因此被廣泛用于制造高溫爐壁以及汽車或飛機的輕型組件。對于在航空和地面的兩類汽油渦輪機、熱交換器、聚變反應堆中的防護墻以及在

2、高溫氣體過濾燭形濾器等無需基體的應用中,結構材料必須承受很高的溫度,所以排除了采用有機或是玻璃纖維的可能。同時,它必須在氧化和腐蝕性的環(huán)境中運行,所以也不能使用在300℃以上就降解的碳纖維。而陶瓷纖維,由于其本體的高強度和高溫空氣中的良好機械性能,以及優(yōu)異的抗氧化、耐化學腐蝕性能,使得它們被廣泛的采用。1SiC纖維纖維近年來陶瓷纖維增強基復合材料有了迅猛的發(fā)展。碳化硅纖維是其最重要的增強材料之一。作為一種新型的無機纖維SiC纖維具有耐高

3、溫、抗氧化、耐腐蝕以及力學性能優(yōu)良等特性,它是目前使用增強材料中工作溫度最高的復合材料增強纖維。在高技術領域特別是航天航空、導彈等領域具有廣泛的應用前景。用作先進復合材料增強用的碳化硅纖維主要是連續(xù)纖維和晶須。晶須是尺寸非常小的高純單晶,直徑0.1~1.0μm,長度為20~50μm,通常采用化學氣相沉積法(CVD)法制得;連續(xù)SiC纖維制備方法很多,如CVD法、超微細粉燒結法(PowderSintering)、碳纖維轉化法(CVR)和先

4、驅體轉化法(PreceramicPolymerPyrolysis)等。下面分別介紹幾種主要方法。3先驅體轉化法中最關鍵的因素是先驅體的合成和性質,它的好壞直接決定了所制備的SiC陶瓷纖維性能的優(yōu)劣。先驅體的合成工藝主要有:矢島法、開環(huán)聚合法、硅氫化法、聚合物金屬化法、共混法等,在此不作詳細論述。通??諝庋趸荘CS原絲不熔化處理的最簡單易行的方法,但同時也在纖維中引入大量氧雜質,SiC纖維中氧元素含量過高會對纖維性能有不利影響。所以先后

5、出現(xiàn)了等離子體源不熔化法,紫外光照射交聯(lián)法、化學氣相不熔化法(CVC)、NO2及BCl3氣體不熔化法以及電子輻照不熔化法等[6]。國防科技大學的王亦菲[7]等人采用熱交聯(lián)法,二步燒成制備出的低含氧量SiC纖維,性能優(yōu)于一步燒成;熱交聯(lián)纖維經過1000℃預燒、1250℃終燒,平均直徑為13.8μm,抗拉強度可達1141GPa。研究人員通過在PCS中引入金屬元素來提高SiC纖維的機械性能。如日本宇部興產株氏會社開發(fā)并實現(xiàn)工業(yè)化的含鈦的SiC

6、纖維,商品名為Tyranno。其絲徑在10μm以下,強度為3.0~3.5GPa,模量為170~230GPa[8]。美國DowCning公司生產的Sylramic纖維,采用NO2BCl3交聯(lián)處理,不僅強度高,而且彈性模量遠遠高于其他交聯(lián)方法所制得的SiC纖維,在1800℃Ar中經12h,強度保持率87%(即2.0GPa),并且沒有微觀結構的變化;在空氣中1370℃下暴露12h后,強度保持率66%[9]。由于前驅體法制備的連續(xù)SiC纖維比C

7、VD法的制備成本低、生產效率高,更適用于工業(yè)化生產,因此前驅體法制得的SiC纖維正逐漸成為研究與應用的主流。1.3超微細粉燒結法傳統(tǒng)的熔融紡絲要求材料具有較低的熔點,但是一般陶瓷纖維的熔點都在2000℃以上,難以直接在熔融狀態(tài)拉制纖維。為此研究人員為此研究人員在紡絲助劑(可熱分解的有機聚合物)的作用下,將陶瓷超細微粉配成漿料,經擠出、蒸發(fā)溶劑、煅燒、燒結等過程便可得到所需的陶瓷纖維。雖然得到的纖維大量富碳、絲徑較粗、強度較低、抗氧化性差

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