專利名稱：一種制備碳化硅纖維或織物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種制備碳化硅纖維或織物的方法。
碳化硅(SiC--Silicon Carbide)是一種具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨和抗氧化、共價(jià)鍵鍵合的陶瓷材料。SiC由于其在高溫下良好的機(jī)械性能，這使得其常作為金屬基、陶瓷基的增強(qiáng)材料。以SiC、硼化物等為代表的非氧化物系統(tǒng)陶瓷是繼陶瓷器、玻璃等依靠燒結(jié)天然無(wú)機(jī)材料的傳統(tǒng)陶瓷和以氧化鋁為主的氧化物系統(tǒng)陶瓷之后的第三代陶瓷，它們的機(jī)械性能還超過(guò)了耐熱性、耐蝕性、耐磨性均優(yōu)異的超高溫合金材料，因此有關(guān)產(chǎn)業(yè)將其用作結(jié)構(gòu)材料為目標(biāo)。也正是由于非氧化物陶瓷具有如此出眾的機(jī)械性能，故又被稱為工程陶瓷，在精細(xì)陶瓷中它是最具有前途和最令人矚目的領(lǐng)域。
SiC由于具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、抗氧化性、耐腐蝕性等特點(diǎn)，近年來(lái)成為人們研究的熱點(diǎn)。SiC纖維主要采用前驅(qū)體轉(zhuǎn)化法(Yajima S.，Okamura K.，Hasegawa Y.And Yamura，T.，高強(qiáng)SiC連續(xù)纖維的制備，美國(guó)陶瓷學(xué)會(huì)志，1976，59(7-8)，324-327)和CVD法(Gulden T.D.，氣相沉積碳化硅纖維及其微觀結(jié)構(gòu)，美國(guó)陶瓷學(xué)會(huì)志，1968，51(8)，424-429)。前驅(qū)體轉(zhuǎn)化法是以有機(jī)硅化合物二甲基二氯硅烷為原料，在有機(jī)溶劑中與金屬納發(fā)生反應(yīng)，脫氯生成聚二甲基二氯硅烷。聚二甲基二氯硅烷在400℃以上發(fā)生重排反應(yīng)生成聚碳硅烷。聚碳硅烷在300℃下熔融紡絲，在空氣中加熱到280℃進(jìn)行不熔化處理，然后在1100-1150℃的惰性氣氛下燒結(jié)，聚碳硅烷分解，支鏈上的甲基、氫脫除，而只殘存Si-C鍵骨架，得到β-SiC結(jié)構(gòu)的SiC連續(xù)纖維。前驅(qū)體法制備SiC連續(xù)纖維具有工藝較為繁雜，性能不太容易控制等缺點(diǎn)。CVD法制SiC纖維是以鎢絲(W)或炭纖維(CF--Carbon Fiber)為芯材，以有機(jī)硅如CH3SiCl3、CH3SiHCl2、Si(CH3)4、(CH3)2SiCl2等為原料在芯材纖維上蒸鍍SiC。CVD法生產(chǎn)的SiC纖維不適合進(jìn)行彎曲加工和形成編織物，另外價(jià)格也較高。
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、價(jià)格低的碳化硅纖維或織物的制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，以炭纖維、活性炭纖維及其織物為碳源，SiO2和Si的混合物在一定溫度下反應(yīng)生成SiO為硅源，在惰性氣氛中，碳源與硅源在一定溫度下反應(yīng)生成SiC，從而制得SiC纖維或織物。
反應(yīng)式如下
本發(fā)明的制備方法包括如下步驟(1)炭纖維、活性炭纖維或其織物、SiO2和Si按摩爾比為C∶SiO2∶Si＝1∶1～2∶2～4，將SiO2和Si放置在剛玉反應(yīng)舟的下部，上部放置炭纖維、活性炭纖維或其織物；(2)將裝有原料的反應(yīng)舟放入反應(yīng)器中，通入惰性氣體Ar，升溫至1473-1673K，反應(yīng)1-15小時(shí)，在惰性氣氛下冷卻至室溫獲得樣品；(3)將樣品在室溫用20％的HF溶液清洗后，在873-1073K下空氣中煅燒2小時(shí)，得到碳化硅纖維或碳化硅織物。
如上所述的炭纖維或其織物的原料可以是粘膠或聚丙烯腈基炭纖維。
如上所述的活性炭纖維或其織物的原料是粘膠或聚丙烯腈基活性炭纖維，粘膠基活性炭纖維的比表面積在1000-1500m2/g，聚丙烯腈基活性炭纖維的比表面積在500-800m2/g。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.工藝簡(jiǎn)單，易操作，成本低廉。
2.所制備的碳化硅纖維或碳化硅織物的性能穩(wěn)定。
3.可直接制備成碳化硅織物，避免了現(xiàn)有技術(shù)所獲得的碳化硅纖維無(wú)法彎曲加工的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的實(shí)施例如下實(shí)施例1聚丙烯腈活性炭纖維、SiO2、硅粉按摩爾比為1∶1∶2，將SiO2和硅粉放置在剛玉反應(yīng)舟下部，上部放置聚丙烯腈活性炭纖維。之后放入反應(yīng)器中，通過(guò)Ar氣升溫至1473K，反應(yīng)10小時(shí)，在Ar氣保護(hù)下冷卻至室溫，得到SiC含量為93％的樣品，在室溫用20％HF溶液清洗，在873K空氣中煅燒2小時(shí)，剩余的物質(zhì)為碳化硅。
實(shí)施例2聚丙烯腈活性炭纖維布、SiO2、硅粉按摩爾比為1∶1∶2，將SiO2和硅粉放置在剛玉反應(yīng)舟下部，上部放置聚丙烯腈活性炭纖維。之后放入反應(yīng)器中，通過(guò)Ar氣升溫至1473K，反應(yīng)12小時(shí)，在Ar氣保護(hù)下冷卻至室溫，得到SiC含量為94.5％的樣品，在室溫用20％HF溶液清洗，在873K空氣中煅燒2小時(shí)，剩余的物質(zhì)為碳化硅，得到碳化硅布。
實(shí)施例3粘膠活性炭纖維、SiO2、硅粉按摩爾比為1∶1∶2，將SiO2和硅粉放置在剛玉反應(yīng)舟下部，上部放置聚丙烯腈活性炭纖維。之后放入反應(yīng)器中，通過(guò)Ar氣升溫至1473K，反應(yīng)10小時(shí)，在Ar氣保護(hù)下冷卻至室溫，得到SiC含量為95％的樣品，在室溫用20％HF溶液清洗，在873K空氣中煅燒2小時(shí)，剩余的物質(zhì)為碳化硅。
實(shí)施例4聚丙烯腈活性炭纖維氈、SiO2、硅粉按摩爾比為1∶2∶4，將SiO2和硅粉放置在剛玉反應(yīng)舟下部，上部放置聚丙烯腈活性炭纖維。之后放入反應(yīng)器中，通過(guò)Ar氣升溫至1473K，反應(yīng)15小時(shí)，在Ar氣保護(hù)下冷卻至室溫，得到SiC含量為96％的樣品，在室溫用20％HF溶液清洗，在873K空氣中煅燒2小時(shí)，剩余的物質(zhì)為碳化硅，得到碳化硅氈。
實(shí)施例5聚丙烯腈活性炭纖維、SiO2、硅粉按摩爾比為1∶1∶2，將SiO2和硅粉放置在剛玉反應(yīng)舟下部，上部放置聚丙烯腈活性炭纖維。之后放入反應(yīng)器中，通過(guò)Ar氣升溫至1573K，反應(yīng)2小時(shí)，在Ar氣保護(hù)下冷卻至室溫，得到SiC含量為95.2％的樣品，在室溫用20％HF溶液清洗，在873K空氣中煅燒2小時(shí)，剩余的物質(zhì)為碳化硅。
實(shí)施例6聚丙烯腈炭纖維、SiO2、硅粉按摩爾比為1∶2∶4，將SiO2和硅粉放置在剛玉反應(yīng)舟下部，上部放置聚丙烯腈活性炭纖維。之后放入反應(yīng)器中，通過(guò)Ar氣升溫至1673K，反應(yīng)2小時(shí)，在Ar氣保護(hù)下冷卻至室溫，得到SiC含量為95.8％的樣品，在室溫用20％HF溶液清洗，在873K空氣中煅燒2小時(shí)，剩余的物質(zhì)為碳化硅。
權(quán)利要求
1.一種制備碳化硅纖維或織物的方法，其特征在于制備方法包括如下步驟(1)炭纖維、活性炭纖維或其織物、SiO2和Si按摩爾比為C∶SiO2∶Si＝1∶1～2∶2～4，將SiO2和Si放置在剛玉反應(yīng)舟的下部，上部放置炭纖維、活性炭纖維或其織物；(2)將裝有原料的反應(yīng)舟放入反應(yīng)器中，通入惰性氣體Ar，升溫至1473-1673K，反應(yīng)1-15小時(shí)，在惰性氣氛下冷卻至室溫獲得樣品；(3)將樣品在室溫用20％的HF溶液清洗后，在873-1073K下空氣中煅燒2小時(shí)，得到碳化硅纖維或碳化硅織物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備碳化硅纖維或織物的方法，其特征在于所述的活性炭纖維或其織物的原料是粘膠或聚丙烯腈基活性炭纖維，粘膠基活性炭纖維的比表面積在1000-1500m2/g，聚丙烯腈基活性炭纖維的比表面積在500-800m2/g。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備碳化硅纖維或織物的方法，其特征在于所述的炭纖維是粘膠基或聚丙烯腈基炭纖維。
全文摘要
一種制備碳化硅纖維或織物的方法是碳纖維、活性碳纖維或其織物、SiO
文檔編號(hào)C30B29/36GK1374416SQ01111519
公開日2002年10月16日 申請(qǐng)日期2001年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月13日
發(fā)明者鄭經(jīng)堂, 劉振宇, 王茂章, 張碧江, 劉平光, 曹雅秀 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所