sic陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展

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1、SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱

2、体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展第21卷第6期2005年11月高分子材料科学与工程V01.21,No.6POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGNov.2005SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展郑春满,李效东,余煜玺,曹峰(国防科技大学航天与材料工程学院国防科技重点实验室.湖南长沙410073)摘要:总结阐述了SiC陶瓷纤维先驱体的设计原则,对因内外SiC陶瓷

3、纤维先驱体的主要合成方法进行了总结.在设计原则的指导下,比较了各种合成方法的优缺点,包括先驱体的产率,杂元素含量,分子形态,分子量及其分布等结构参数,先驱体可纺性以及制备的SiC纤维的性能;并根据设计原则和研究进展提出,降低先驱体中杂元素含量,提高陶瓷产率并兼顾可纺性,稳定性要求是SiC陶瓷纤维先驱体分子设计的方向;指出国内SiC陶瓷纤维的发展要立足于创新,通过不同途径制备出符合要求的陶瓷先驱体.关键词:碳化硅;陶瓷纤维;先驱体;设计;合成;聚碳硅烷中图分类号:TQ343.6文献标识码:A文章编号:1000-7555

4、(2005)O6—00O6一O51前言近年来,陶瓷纤维增强基复合材料有了迅猛的发展.作为一种新型的无机纤维,SiC陶瓷纤维具有耐高温,抗氧化,耐腐蚀以及力学性能优良等特性,广泛应用于导弹,航天等高技术领域～引.有机聚合物先驱体转化法制备SiC陶瓷纤维的原理是将含有目标陶瓷元素组成的高聚物经过纺丝制备成有机纤维,然后通过化学反应使其交联成为立体网状结构的”热固性”纤维,最后高温处理得到陶瓷纤维.先驱体转化法中最关键的因素是先驱体的合成和性质,它的好坏直接决定了所制备的SiC陶瓷纤维性能的优劣.目前,陶瓷先驱体设计与合成

5、理论还不成熟,美国科学家Sey[erthL4],LaineL5],Inter—rante[等人根据前人所做的工作,纷纷提出自己的观点.本文在大量文献的基础上总结阐述了SiC陶瓷纤维先驱体的设计原则,并在此原则下对目前先驱体各种合成方法的优缺点进行了比较,提出了SiC陶瓷纤维先驱体分子设计的方向.收稿日期t2004—07—21;修订日期:2005—05—02基金项目;国家自然科学基金资助项目(59972042)联系人:郑舂满2SiC陶瓷纤维先驱体设计原则2.1组成中非目标元素少,产物纯,陶瓷转化率高目标陶瓷的组成和结构

6、与先驱体的组成和结构有着密切关系.先驱体分子结构微小的变化往往很大程度地引起陶瓷结构和性能的变化.对于SiC陶瓷纤维先驱体而言,合理的Si/C比对提高纤维力学和高温性能等非常重要.研究表明[7],SiC纤维中富余的碳或硅对其高温稳定性都是不利的.由于碳化硅陶瓷先驱体在热分解过程中以气体形式失去的小分子一般是烷烃(如CH)和富碳的硅烷(如HSi(CH.).,HSi(CH.).和H.等),所以得到的碳化硅陶瓷的Si/C比一般都高于先驱体中的Si/C比例.理想的SiC陶瓷纤维先驱体应该既不富碳又不富硅,其中的Si/C比应介

7、于0.5～1之间.先驱体向陶瓷转化过程中,纺丝溶剂的逸出,低分子聚合物的蒸发,热分解而引起的气体小分子放出和陶瓷的致密化等一系列变化会引起剧烈的收缩.一般先驱体的密度为1g/cm.,而一般的含硅陶瓷的密度在2.5g/cm.～3.5g/cm..陶瓷产率为5O的先驱体热分解成致第6期郑春满等;SiC陶瓷纤维先驱体设计原则及合成研究进展密的陶瓷后体积收缩将达到75[9].制备纤维时,纤维的径向距离很小,为产生气体的逸出提供了方便,从而得到的陶瓷纤维在高温下比较容易致密化,所以即使陶瓷产率只有5O也是成功的.但是,气体产生和

8、逸出会造成一些孔洞,局部密度不均匀以及杂质等缺陷,因此需要先驱体具有较高的陶瓷产率.2.2聚合物具有稳定的结构或可在热分解前转化为稳定结构先驱体在物理和化学性质上的相对稳定性是指在常温下先驱体对空气,潮气,可见光等环境的稳定性,以及不易挥发,升华或降解等特性.这对于保持纤维的纯度,降低生产的难度和成本以及提高陶瓷纤维的性能和顺利通过烧成很重要.