一種高電阻率連續(xù)碳化硅纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及連續(xù)碳化硅纖維，屬于長壽命高溫陶瓷基復合材料的補強增韌材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高電阻率連續(xù)碳化硅纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅纖維具有優(yōu)異的高溫抗氧化、耐高溫、抗蠕變、熱膨脹系數(shù)小、高強高模、耐輻射、耐化學腐蝕并具有優(yōu)良電磁波等特性的連續(xù)碳化硅纖維及其制品，作為有氧環(huán)境下長壽命和有限壽命高溫陶瓷基復合材料的補強增韌組元，是航天、航空、核電、先進武器裝備等尖端領(lǐng)域中的核心裝備發(fā)展的關(guān)鍵材料之一，目前尚沒有其它纖維可取代它。當其作增強補韌材料制備陶瓷基復合材料時，必須首先對纖維表面進行處理，來調(diào)節(jié)連續(xù)碳化硅纖維表面的電阻率。
[0003]目前常規(guī)的制備技術(shù)路線為:碳化硅纖維-脫膠-制備涂層-上膠-烘干-卷繞，但碳化硅纖維普遍較脆，經(jīng)過多道工序后會出現(xiàn)毛絲、斷頭、強度下降等問題，最終造成制備的復合材料性能不穩(wěn)定。
[0004]碳化硅纖維制備普遍采用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法，主要包括先驅(qū)體合成、熔體紡絲、不熔化交聯(lián)和高溫燒結(jié)。為提高碳化硅纖維的柔韌性，我們對制備工藝進行了全面的優(yōu)化改良。對于先驅(qū)體合成階段，在常壓、中溫、大反應釜條件下，采用分段共排裂解技術(shù)制備得到高分子量、低支化度、高活性、高陶瓷得率的聚碳硅烷陶瓷先驅(qū)體;對于熔體紡絲階段，通過熔融聚碳硅烷的連續(xù)閃脫、緩冷吸單制得脆性陶瓷纖維原絲；對于不熔化交聯(lián)階段，采用低含氧、隧道窯式交聯(lián)定型工藝;在高溫燒結(jié)階段，采用自反饋閉環(huán)還原性燒結(jié)工藝，最終制備得到細直徑、高電阻率、韌性、可編織性好的連續(xù)碳化硅纖維。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種細直徑、高電阻率、韌性、可編織性好的連續(xù)碳化硅纖維制備方法。
[0006]本發(fā)明提出了一種高電阻率連續(xù)碳化硅纖維制備技術(shù)，具體包括以下步驟:
[0007](I)在反應釜內(nèi)，惰性氣體保護下，常壓，中溫，采用分段共裂重排技術(shù)制備得到數(shù)均分子量Mn為800-2000，軟化點為200-250°C，陶瓷得率為I 60%的高活性聚碳硅烷陶瓷先驅(qū)體；
[0008](2)將上述聚碳硅烷先驅(qū)體，加熱至300-350 °C，通過連續(xù)快速抽真空充入惰性氣體2-3次，緩冷去除小分子熔融紡絲制得脆性聚碳硅烷原絲；
[0009](3)將上述聚碳硅烷原絲置入低含氧的不熔化交聯(lián)隧道窯爐制得不熔化聚碳硅烷纖維；
[0010](4)上述不熔化聚碳硅烷纖維在惰性氣氛保護下連續(xù)通過400-900°C、1200-1800°c拉伸燒結(jié)制得高電阻連續(xù)碳化硅纖維。
[0011]優(yōu)選，先驅(qū)體合成時，反應釜內(nèi)溫度在200-500 0C ；
[0012]優(yōu)選，熔融紡絲連續(xù)快速抽真空時抽真空時間在30_90s，真空度在-0.06-0.1Mpa;
[0013]優(yōu)選，不熔化交聯(lián)過程中熱交聯(lián)段氧氣體積百分含量為2-5%;
[0014]優(yōu)選，不熔化聚碳硅烷纖維交聯(lián)程度在60-80% ;
[0015]優(yōu)選，連續(xù)燒結(jié)過程中400-900°C溫度段氮氣流量為10-20L/min，1200-1800°C溫度段氮氣流量為15_30L/min;
[00? 6] 優(yōu)選，連續(xù)燒結(jié)過程中走絲速度為0.5-2.5m/min ；
[0017]優(yōu)選，連續(xù)燒結(jié)過程中400-900°C溫度段張力為0.1-1N，1200-1800°C溫度段張力為0.5-2N;
[0018]優(yōu)選，高電阻率連續(xù)碳化硅纖維制備過程中所用惰性氣體為氮氣或氬氣；
[0019]優(yōu)選，高電阻率連續(xù)碳化硅纖維制備過程中所用惰性氣體氮氣或氬氣純度均為299.99%。
[0020]本發(fā)明制備的高電阻率連續(xù)碳化硅纖維直徑為6-14um，拉伸強度為1.8-3.5Gpa，模量140-320Gpa，斷裂伸長率< 1.8%，纖維含氧量8%-12%;纖維表面梯度涂層電阻率211105;1000°(:空氣中高溫強度保留率2 75%。
[0021 ]本發(fā)明的有益之處在于，在通用級碳化硅纖維生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，通過對先驅(qū)體合成、熔體紡絲、不熔化交聯(lián)、高溫連續(xù)燒結(jié)進行全面的系統(tǒng)優(yōu)化改良，最終制備得到細直徑、高電阻率、韌性、可編織性好的連續(xù)碳化硅纖維，該高電阻率連續(xù)碳化硅纖維的制備，減少了多道工序后會出現(xiàn)毛絲、斷頭、強度下降等問題，優(yōu)化了后續(xù)處理工序，極大提高了其復合材料的性能。
【附圖說明】
[0022]圖1為高電阻率連續(xù)碳化硅纖維SEM微觀圖
[0023]圖2為高電阻率連續(xù)碳化硅纖維XRD衍射圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能夠被本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解，并對本發(fā)明的保護范圍做出更清楚的界定。
[0025]實施例1
[0026](I)在反應釜內(nèi)，純度為99.99%氮氣保護下，設定壓力為常壓，溫度為350°C，采用分段共裂重排技術(shù)制備得到數(shù)均分子量Mn為1446，軟化點為229-240°C，陶瓷得率為63.4%的高活性聚碳硅烷陶瓷先驅(qū)體；(2)將上述聚碳硅烷先驅(qū)體，加熱至339°C，通過連續(xù)快速抽真空60s至-0.06MPa，充入純度為99.99 %氮氣2次，緩冷去除小分子熔融紡絲制得脆性聚碳硅烷原絲；(3)將上述聚碳硅烷原絲置入低含氧的不熔化交聯(lián)隧道窯爐制得不熔化程度為72.4%的聚碳硅烷纖維；(4)將不熔化聚碳硅烷纖維接入燒結(jié)生產(chǎn)線，在純度為99.99%氮氣氛圍保護下，設定低溫段溫度為900°C，張力0.2N，高溫段1300°C，張力1.5N，走絲速度為lm/min進行連續(xù)燒結(jié)制得高電阻率連續(xù)碳化娃纖維。
[0027]本實施例之高電阻率連續(xù)碳化硅纖維平均直徑為11.5um，拉伸強度為2.46Gpa，模量為201Gpa，斷裂伸長率為1.5%，纖維含氧量為11.6%;纖維表面梯度涂層電阻率為2.37xl05;1000°C空氣中高溫強度保留率為95%。
[0028]實施例2
[0029](I)在反應釜內(nèi)，純度為99.99%氮氣保護下，設定壓力為常壓，溫度為335°C，采用分段共裂重排技術(shù)制備得到數(shù)均分子量Mn為1424，軟化點為227-236°C，陶瓷得率為61.5%的高活性聚碳硅烷陶瓷先驅(qū)體；(2)將上述聚碳硅烷先驅(qū)體，加熱至329°C，通過連續(xù)快速抽真空50s至-0.04MPa，充入純度為99.99 %氮氣2次，緩冷去除小分子熔融紡絲制得脆性聚碳硅烷原絲；(3)將上述聚碳硅烷原絲置入低含氧的不熔化交聯(lián)隧道窯爐制得不熔化程度為64.8%的聚碳硅烷纖維；(4)將不熔化聚碳硅烷纖維接入燒結(jié)生產(chǎn)線，在純度為99.99%氮氣氛圍保護下