论文部分内容阅读
研制和开发耐1500℃或更高温度的连续SiC纤维,即耐超高温SiC纤维是先驱体转化法制备SiC纤维的主要发展方向。制备耐超高温SiC纤维理想的方法是在SiC纤维的先驱体中引入少量铝元素,其起到烧结助剂和抑晶的作用,从而在高温烧结下脱去氧和富余碳,可以生成含少量铝的近化学计量比的SiC纤维。 本研究首次在国内突破了先驱体法制备耐超高温SiC纤维的连续化工艺。制备含铝碳化硅纤维的连续化工艺包括先驱体聚铝碳硅烷（PACS）的放大合成、连续熔融纺丝、原纤维的不熔化处理和不熔化纤维的连续烧成和烧结。1350℃烧成制得连续含有少量铝和较多氧的Si-Al-C-O纤维,即KD-A纤维。KD-A纤维再经1800℃烧结转化为含少量铝和少量氧的Si-Al-C纤维,即KD-SA纤维。本论文对上述工艺进行了详细地研究,对过程中的中间产物和两种含铝碳化硅纤维的多级结构和多项性能进行了系统的分析和表征。 聚硅碳硅烷（PSCS）和乙酰丙酮铝（Al（AcAc）3）是合成先驱体PACS的理想反应物。具有良好可纺性且可生成高质量的含铝碳化硅纤维的先驱体PACS的熔点为185～200℃,相应合成条件为:Al（AcAc）3含量3～5wt%,反应温度360～420℃,裂解温度450～500℃,保温时间7～10h。利用此工艺成功地实现了先驱体PACS的规模化合成。PACS中含有0.9～2wt%的铝和2～4wt%的氧,C/Si原子比约为2。PACS以Si—C键为主链,侧基为CH3和H,分子支化较多。铝在PACS中主要以Si—O—Al键形式存在,形成4、5、6三种配位结构,铝在其中起到了交联点的作用,使小部分分子链形成高度交联。 通过以上对PACS的结构控制,实现了PACS的多孔熔融纺丝。连续PACS原纤维采用热空气流方法进行不熔化处理。PACS的不熔化处理机理与PCS类似,都是Si—H键氧化,氧增重的过程。PACS由于铝的作用,只需8～9%的增重率,引入较少的氧即可达到不熔化的效果。采用一步连续烧成工艺制备了连续KD-A纤维,KD-A纤维再经1800℃烧结制备了KD-SA纤维。