升温至160°C，并保温2h，蒸出溶剂二甲苯;按照4°C/min的速率继续升温至180°C，并保温lh，蒸出剩余二甲苯;按照2°C/min的速率升温至终反应温度300°C，保温2h，使聚碳硅烷熔体和正丁醇锆完全反应，待自然冷却至室温后得到含锆I?3wt %聚锆碳硅烷先驱体。将先驱体经过熔融纺丝得到原丝纤维;原丝纤维经200°C空气不熔化处理4h得到不溶不熔纤维;再在真空条件下1200°C进行烧结保温0.5h，得到含锆I?3wt%SiC纤维。纤维强度 2.02GPa。
[0034]实施例3
[0035]以分子量200?600、软化点160?200°C的聚碳硅烷和正丁醇锆为原料，按照质量比35:1取样，以二甲苯为溶剂，且聚碳硅烷和二甲苯的质量比为1: 5，加入到接有加热装置的三颈烧瓶中，在氩气保护及磁子搅拌作用下升温至100°C，保温lh，使三者完全溶解。按照5°C/min的速率升温至160°C，并保温2h，蒸出溶剂二甲苯;按照4°C/min的速率继续升温至180°C，并保温lh，蒸出剩余二甲苯;按照2°C/min的速率升温至终反应温度300°C，保温2h，使聚碳硅烷熔体和正丁醇锆完全反应，待自然冷却至室温后得到含锆I?3wt %聚锆碳硅烷先驱体。将先驱体经过熔融纺丝得到原丝纤维;原丝纤维经200°C空气不熔化处理4h得到不溶不熔纤维;再在真空条件下于1300°C进行烧结保温0.5h，得到含锆I?3wt%SiC纤维。纤维强度2.24GPa。
[0036]实施例4
[0037]以分子量200?600、软化点160?200°C的聚碳硅烷和正丁醇锆为原料，按照质量比4:1取样，以二甲苯为溶剂，且聚碳硅烷和二甲苯的质量比为1:4，加入到接有加热装置的三颈烧瓶中，在氩气保护及磁子搅拌作用下升温至100°c，保温lh，使三者完全溶解。按照5°C/min的速率升温至160°C，并保温2h，蒸出溶剂二甲苯；按照4°C/min的速率继续升温至180°C，并保温lh，蒸出剩余二甲苯;按照2°C/min的速率升温至终反应温度250°C，保温2h，使聚碳硅烷熔体和正丁醇锆完全反应，待自然冷却至室温后得到含锆4?7wt %聚锆碳硅烷先驱体。将先驱体经过熔融纺丝得到原丝纤维，聚锆碳硅烷原丝纤维经200°C空气不熔化处理6h得到不溶不熔纤维;再在真空条件下于1000°C进行烧结保温0.5h，得到含锆4?7wt%SiC纤维。纤维强度2.65GP。
[0038]实施例5
[0039]以分子量200?600、软化点160?200°C的聚碳硅烷和正丁醇锆为原料，按照质量比1:1取样，以二甲苯为溶剂，且聚碳硅烷和二甲苯的质量比为1:3，加入到接有加热装置的三颈烧瓶中，在氩气保护及磁子搅拌作用下升温至100°C保温lh，使三者完全溶解。按照5°C/min的速率升温至160°C，并保温2h，蒸出溶剂二甲苯，按照4°C/min的速率继续升温至180°C，并保温lh，蒸出剩余二甲苯;按照2°C/min的速率升温至终反应温度250°C，保温7h，待自然冷却后得到含锆10?15wt%聚锆碳硅烷先驱体。将先驱体经过熔融纺丝得到原丝纤维，聚锆碳硅烷原丝纤维经200°C空气不熔化处理6h得到不溶不熔纤维，再在真空条件下于1000°C进行烧结保温0.5h，得到含锆10?15wt % SiC纤维。纤维强度2.58GPa。
[0040]实施例6
[0041 ] 将锆含量I?纤维于1250°C空气处理0.5h，测量纤维的强度与成分。剩余强度为1.55GPa，强度保留率65%;
[0042]实施例7
[0043]将锆含量4?纤维于1250°C空气处理0.5h，测量纤维的强度与成分。剩余强度为1.88GPa，强度保留率71%;
[0044]实施例8
[0045]将锆含量10?15被％的3丨(:纤维于1250°C空气处理0.5h，测量纤维的强度与成分。剩余强度为1.78GPa，强度保留率68% ;
[0046]实施例9
[0047]将锆含量I?纤维于1000°C空气处理100h，测量纤维的强度与成分。剩余强度为1.5 IGPa，强度保留率63%;
[0048]实施例10
[0049]将锆含量4?纤维于1000°C空气处理100h，测量纤维的强度与成分。剩余强度为1.96GPa，强度保留率74%;
[0050]实施例11
[0051 ] 将锆含量10?纤维于1000°C空气处理100h，测量纤维的强度与成分。剩余强度为1.85GPa，强度保留率71% ;
[0052]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种锆含量不同的碳化硅纤维的制备方法，其特征在于:包括下述步骤: (1)将聚碳硅烷和正丁醇锆溶解于反应溶剂，加入至反应器;搅拌，使反应物完全溶解，并均匀混合，得到反应溶液； (2)将步骤(I)得到的反应溶液升温至150?160°C，并保温I?2h，将反应溶液中的反应溶剂利用冷凝接收装置收集到接收瓶中； (3)将步骤(2)得到的反应溶液升温至170?180°C，并保温I?2h，蒸出剩余的反应溶剂； (4)将步骤(3)得到的物质升温至230?300°C，并保温2?7h，使聚碳硅烷熔体和正丁醇锆完全反应，保温结束后自然冷却至室温，得到锆含量为I?15被％的聚锆碳硅烷先驱体； (5)将步骤(4)得到的不同锆含量的聚锆碳硅烷先驱体进行熔融纺丝，得到含锆原丝纤维； (6)将步骤(5)得到的含锆原丝纤维置于鼓风干燥箱中作空气不熔化处理，处理条件为:温度180?220°C，处理时间4?6h，得到不熔不融纤维； (7)将步骤(6)得到的不熔不融纤维于真空条件下1000?1300°C进行烧结，并保温0.5h，得到锆含量为I %?15wt %的SiC纤维。2.根据权利要求1所述的锆含量不同的碳化硅纤维的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，所述聚碳硅烷的分子量为200?600，软化点160?200°C。3.根据权利要求1所述的锆含量不同的碳化硅纤维的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，所述反应溶剂为二甲苯。4.根据权利要求1所述的锆含量不同的碳化硅纤维的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，聚碳硅烷和正丁醇锆的质量比为35:1?1:1。5.根据权利要求1或3所述的锆含量不同的碳化硅纤维的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，聚碳硅烷和溶剂的质量比为1:3?1:5。6.根据权利要求1所述的锆含量不同的碳化硅纤维的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，聚碳硅烷、正丁醇锆及反应溶剂的搅拌条件是:在惰性气体保护及机械搅拌条件下升温至100°C，保温0.5?lh。7.根据权利要求1所述的锆含量不同的碳化硅纤维的制备方法，其特征在于:步骤(2)中，升温速率为5°C/min;步骤(3)中，升温速率为4°C/min;步骤(4)中，升温速率为2°C/min。8.一种由权利要求1-7任一所述的方法制备成的错含量Iwt %?15wt %的碳化娃纤维。
【专利摘要】本发明公开了一种锆含量不同的碳化硅纤维及其制备方法。所述碳化硅纤维的含锆量在1％～15wt％，制备方法为：以聚碳硅烷和正丁醇锆为原料，然后在溶剂溶解及惰性气体保护下，于反应温度230～300℃、保温时间2～7h的条件下合成锆含量为1％～15wt％的SiC陶瓷先驱体聚锆碳硅烷；接着将先驱体聚锆碳硅烷经熔融纺丝过程制得了锆含量不同的连续聚锆碳硅烷原丝；原丝经过空气不熔化处理及高温烧成制得锆含量从1％～15wt％的连续碳化硅纤维。本发明制得的纤维实现了异质元素锆的含量由低到高(1wt％～15wt％)的添加，纤维直径为9～15μm，平均抗拉强度1.8～3.2GPa，具有优异的力学性能和高温抗氧化性。
【IPC分类】D01F9/10
【公开号】CN105544013
【申请号】CN201610067275
【发明人】刘玉付, 杨勇
【申请人】东南大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月29日