聚碳硅烷纤维的不熔化与SiC纤维制备研究

以聚二甲基硅烷(PDMS)为原料,在高压釜内高温高压反应制备了聚碳硅烷(PCS)先驱体,经熔融纺丝制备了PCS纤维,研究了在190 C下不同不熔化时间对PCS纤维氧化增重、Si-H键反应程度、凝胶含量、氧含量及最终SiC纤维氧含量与性能的影响.研究表明,在不熔化过程中,PCS结构中的Si-H键与氧反应,在PCS分子间形成Si-O-Si交联结构.随着不熔化时间的延长,PCS纤维发生氧化增重、Si-H键反应程度提高、凝胶含量增加,SiC纤维中氧含量也逐渐增加.在不熔化保温3h,制备的SiC纤维强度可达2.52GPa.随着不熔化时间的进一步延长,SiC纤维氧含量增加,其强度逐渐降低.     

电子束辐射交联制备低氧含量SiC纤维的研究

本文作者研究了电子束辐射交联对PCS纤维不熔化效果、热分解特性的影响,探讨了辐射交联机理,并制得了低氧含量的SiC纤维,研究了其耐高温性能。结果显示,PCS辐照纤维开始实现不熔化的吸收剂量是15MGy。所得纤维的氧含量为3.3wt%,抗拉强度为1.65GPa,晶粒尺寸3.4nm。在He气氛下1600℃处理30min后失重8wt%,强度保留80%,晶粒长大到16.3nm。     

低剂量γ射线辐射氧化法制备SiC纤维研究

空气气氛下采用γ射线辐射氧化联合热交联对聚碳硅烷(PCS)纤维进行了不熔化处理,并热解制备出SiC纤维。研究了辐射氧化、热交联及热解过程中PCS纤维的质量及形貌变化,对SiC纤维进行了分析测试。结果表明,吸收剂量为0.3MGy时可以制备出SiC纤维,吸收剂量为0.5MGy时获得的SiC纤维断裂强度达2.0GPa。利用该法制备的SiC纤维表面光滑,缺陷较少,结晶度较低,电阻率在103Ω·cm级。研究中PCS纤维的吸收剂量范围接近常规辐射加工剂量,具有实际应用价值。     

热处理气氛对制备氧化锆连续纤维的影响

以氧氯化锆、乙酰丙酮等为原料合成聚乙酰丙酮合锆纺丝液,经干法纺丝和水蒸气气氛热处理制备氧化锆连续纤维.通过DSC-TGA、FT-IR、GC-MS、SEM等手段,研究了纤维在空气和水蒸气气氛热处理中的热解转变机制.结果表明,在空气气氛热处理过程中,聚乙酰丙酮合锆前驱体纤维中所含有机物以脱氢碳化和碳氧化方式被去除,产生的应力使氧化锆纤维结构出现裂纹,纤维强度低;而在水蒸气气氛热处理过程中,有机物在水蒸气水解作用下直接以分子整体挥发的方式被去除,所得氧化锆纤维结构致密均匀、强度高.     

聚碳硅烷制备SiC纤维的热化学交联研究

以异丙醇锆(ZIP)为交联剂、聚碳硅烷(PCS)为先驱体,在Ar气氛的保护下通过干法纺丝、热化学交联工艺使PCS从热塑性转变热固性结构.研究了该工艺对PCS纤维质量变化、Si-H反应程度、溶解性及氧含量等性能的影响.实验结果表明:在不熔化过程中,PCS结构中的Si-H键与ZIP反应,在PCS分子间形成Si-O-Zr交联结构,随着交联温度和保温时间的升高,Si-H反应程度和纤维失重率相应提高;在测试范围内最大Si-H反应程度为73.06%,失重率2.678%,氧含量低于2.0%.     

聚碳硅烷先驱丝的γ射线辐照不熔化特性研究

利用γ射线在空气中辐照聚碳硅烷先驱丝,研究了PCS先驱丝在空气中的辐照不熔化特性。结果表明,PCS在空气中辐照时产生了Si—O—Si、Si—O—C和Si—CH2—Si桥联结构;随吸收剂量的增加,辐照氧化增重率逐渐增大,辐照氧耗G值逐渐降低;先驱丝凝胶点剂量为1.5MGy,凝胶化剂量为4.0MGy;辐照可大幅提高PCS的热解产率,吸收剂量达凝胶化剂量时,PCS热解产率高达86.2%。     

聚碳硅烷先驱丝的γ射线辐照不熔化特性研究

利用γ 射线在空气中辐照聚碳硅烷先驱丝,研究了PCS先驱丝在空气中的辐照不熔化特性。结果表明,PCS在空气中辐照时产生了Si—O—Si、Si—O—C和Si—CH2—Si桥联结构;随吸收剂量的增加,辐照氧化增重率逐渐增大,辐照氧耗G 值逐渐降低;先驱 丝 凝 胶 点 剂 量 为1.5MGy,凝 胶 化 剂 量 为4.0MGy;辐照可大幅提高PCS的热解产率,吸收剂量达凝胶化剂量时,PCS热解产率高达86.2%。     

热处理环境对Al_(2)O_(3)纤维力学性能及微观结构的影响EI北大核心

连续氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料是航空航天领域理想的热结构材料之一,复合材料的力学性能很大程度取决于连续氧化铝纤维的力学性能,目前不同热处理环境对连续氧化铝纤维力学性能及微观结构的影响鲜有报道。本研究以Nextel 610连续氧化铝纤维为对象,研究热处理气氛、热处理温度和热处理时间等因素对其力学性能及微观结构的影响。结果表明:空气气氛下,当热处理温度由1000℃升高至1400℃时,纤维的单丝拉伸强度由2.58 GPa下降至0.94 GPa,表面晶粒尺寸由97.3 nm增大至184.1 nm;水汽气氛下,当热处理温度由1000℃升高至1400℃时,纤维的单丝拉伸强度由2.18 GPa下降至0.95 GPa,表面晶粒尺寸由91.3 nm增大至171.7 nm。水汽气氛中的H_(2)O分子高温下向纤维内部扩散,使纤维内部缺陷增多,导致热处理工艺参数相同时,水汽气氛下纤维的单丝拉伸强度低于空气气氛,纤维表面晶粒在水汽气氛下的生长速率小于空气气氛。     

热处理环境对Al_(2)O_(3)纤维力学性能及微观结构的影响EI

连续氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料是航空航天领域理想的热结构材料之一,复合材料的力学性能很大程度取决于连续氧化铝纤维的力学性能,目前不同热处理环境对连续氧化铝纤维力学性能及微观结构的影响鲜有报道。本研究以Nextel 610连续氧化铝纤维为对象,研究热处理气氛、热处理温度和热处理时间等因素对其力学性能及微观结构的影响。结果表明:空气气氛下,当热处理温度由1000℃升高至1400℃时,纤维的单丝拉伸强度由2.58 GPa下降至0.94 GPa,表面晶粒尺寸由97.3 nm增大至184.1 nm;水汽气氛下,当热处理温度由1000℃升高至1400℃时,纤维的单丝拉伸强度由2.18 GPa下降至0.95 GPa,表面晶粒尺寸由91.3 nm增大至171.7 nm。水汽气氛中的H_(2)O分子高温下向纤维内部扩散,使纤维内部缺陷增多,导致热处理工艺参数相同时,水汽气氛下纤维的单丝拉伸强度低于空气气氛,纤维表面晶粒在水汽气氛下的生长速率小于空气气氛。     

聚碳硅烷制备近化学计量SiC纤维的研究进展

综述了聚碳硅烷制备近化学计量比SiC纤维的研究进展,总结了H2在PCS纤维裂解过程中的作用机理,比较了纯H2气氛、分阶段不同气氛、全过程H2/Ar混合气氛条件下得到的SiC纤维的组成和性能变化规律.纯H2气氛800℃以上保温4h,可得到近化学计量比SiC纤维;分阶段气氛下,气氛转换温度为800℃,烧结至1300℃保温1h,可得到近化学计量比SiC纤维;混合气氛下,氢气浓度为60%左右,烧结至1300℃保温1h,可得到近化学计量比SiC纤维.在这些气氛条件下得到的近化学计量比SiC纤维,烧结后的高温力学性能均优于非化学计量比SiC纤维.     

PAN纤维预氧结构高温演变及其对热稳定性的影响

在惰性气氛条件下,将PAN预氧纤维在280~380℃进行热处理,通过固体核磁、元素分析、激光拉曼光谱、X射线光电子能谱及热重分析等方法研究了PAN预氧纤维在高温热处理过程中的结构演变及其对热稳定性的影响规律。结果表明:热处理过程中,PAN纤维内部发生了分子内环化、分子间环化、环结构及氧结构的重排等反应,随着热处理温度升高,环化程度加深,含氧结构减少;热稳定性研究表明,经过340℃处理的纤维结构规整度高,热稳定性较好。     

聚碳硅烷纤维在环己烯气氛中的不熔化处理

将聚碳硅烷(PCS)纤维在环己烯气氛中进行化学气相交联不熔化处理,其氧含量比空气不熔化处理大大降低,组成和结构也发生了变化,气体副产物中存在环己烷和小分子硅烷.在环己烯气氛中,随着温度的升高,PCS分子的Si-H键的反应程度逐渐提高,纤维的凝胶含量逐渐增大.环己烯受热引发PCS分子中的Si-H和Si-CH3键断裂生成Si自由基和Si-CH2自由基,促进PCS分子间形成Si-CH2-Si交联结构;同时,环己烷作为侧基引入到PCS分子结构中,使纤维的碳含量随之增高.随着反应温度的升高,部分环己烷侧基和少量小分子硅烷会从PCS分子主链脱出.     

氮气中环化热处理对聚丙烯腈纤维不熔化的影响

在聚丙烯腈(PAN)纤维不熔化过程中,由于受到热作用,分子链沿纤维轴向发生热收缩,分子解取向.在不熔化过程中抑制纤维的收缩,使分子保持较高的取向度,有利于得到具有较高微晶取向度的碳纤维.研究了聚丙烯腈纤维在氮气气氛下热处理后的化学结构变化,考察了氮气处理对纤维热收缩性的抑制.     

熔融纺丝制备聚碳硅烷有机先驱体纤维

运用超声手段将碳纳米管(CNTs)掺混到聚碳硅烷(PCS)中,在先驱体转化法的基础上,通过熔融纺丝、空气不熔化等工艺过程制备出了直径18~20μm的有机混合纤维。研究了掺混CNTs后PCS纤维纺丝工艺的变化,并通过红外光谱及热分析的手段将掺混CNTs的PCS纤维与原PCS纤维进行对比,研究了掺混CNTs后PCS纤维在活化能、反应速率常数及预氧化程度上的变化。结果表明:相同的升温制度下,随着CNTs的加入,PCS纤维的预氧化程度提高了7.51%,PCS纤维的熔融纺丝温度提高了约5℃,压力增加约5个单位。     

氧含量对连续SiC纤维弹性模量影响的研究

采用不同预氧化升温制度分别制备了系列Si-H键反应程度不同的PCS不熔化纤维,并在—定温度下高温烧成,制得系列氧含量不同的SiC纤维.采用元素分析,XRD,SEM等分析手段系统研究了氧含量对SiC纤维组成、结构、性能,尤其是对SiC纤维弹性模量的影响.在惰性气氛保护下,对上述系列SiC纤维进行高温处理,研究了氧含量对高温处理后的SiC纤维弹性模量的影响.     

连续碳化硅长丝纤维生产技术现状

连续碳化硅长丝纤维是目前具有最高比强度和最高比模量,以及高热稳定性的人造纤维。其生产技术发展经历了从高含氧量到超低含氧量,从微量元素掺杂到多种元素掺杂复合连续碳化硅长丝纤维几个关键技术阶段。连续碳化硅长丝纤维生产的4个关键技术工艺过程包括:有机硅烷小分子单体经化学或催化聚合形成有机聚硅烷(Polysilanes,PS)的聚合过程;PS的粘溶液或熔浆在惰性气氛中机械纺丝制造PS原丝的工艺过程;PS原丝经过在惰性化学气氛中控温化学转化形成聚碳硅烷(Polycarbosilanes,PCS)纤维及同时发生交联的热化学转化过程;PCS纤维在惰性以及/或者反应性气氛中高温热交联结晶化形成终烧碳化硅纤维的高温热化学转化过程。熟悉并完全掌握每一个工艺过程的技术关键,才能有效选择合适的工艺及生产装备,生产出高强度高模量连续碳化硅长丝纤维,为我国航空航天以及高端制造业提供高品质连续碳化硅长丝纤维材料。     

聚碳硅烷纤维在1-己炔气氛中不熔化处理制备低氧含量SiC纤维

将聚碳硅烷(PCS)纤维在1-己炔气氛中进行化学气相交联不熔化处理, 与空气不熔化相比, 能大大降低纤维的氧含量。PCS纤维在1-己炔气氛中反应, 其组成和结构都发生了变化。结果表明, 在1-己炔气氛中, PCS分子的Si—H键的反应程度和纤维的凝胶含量随温度的升高而逐渐增加。反应机制为1-己炔受热引发PCS分子中的Si—H和Si—CH₃键断裂生成Si自由基和Si—CH₂自由基, 促进PCS分子间形成Si—CH₂—Si交联结构, 最终实现不熔化。反应中有少量己基引入到PCS分子结构中。制得的SiC纤维拉伸强度达到2.79 GPa, 氧含量降低到5wt%~6wt%, 并且纤维的耐高温性能明显优于Nicalon纤维。在Ar气中处理至1300℃, 纤维强度保留率约为80%, 处理至1400℃, 纤维的强度保留率为60%, 并且在1300~1600℃的处理过程中, 纤维中β-SiC微晶的晶粒尺寸变化只有2.18nm。      

固/液态聚碳硅烷共混制备碳化硅纤维的研究

以超支化液态聚碳硅烷(LPCS)与固态聚碳硅烷(纯PCS)的共混物作先驱体,熔融纺丝;所得原丝再在热空气气氛中氧化交联,在高温氮气气氛中热裂解,得到碳化硅纤维。研究表明,15%(质量分数)LPCS的加入,可使纯PCS先驱体的纺丝温度,从285℃降低到225℃;纺丝性能和纤维表面质量明显提高;还可以提高氧化交联的效率,降低交联温度,从而减少纤维部分融并、粘结的弊端;虽然纤维的室温力学强度有所降低,但抗氧化性能提高,1400℃氧化交联后,力学性能几乎不变;而纯PCS的力学性能却降为原来的50%。     

热处理气氛对Bi2223带材中Bi2201相的影响

采用常规的形变热处理工艺制备Bi2223带材,通过X射线衍射仪、超导量子干涉仪和标准四引线法研究热处理气氛对带材中Bi2201相含量及载流能力的影响.结果表明,Bi2201相是影响带材临界电流的重要因素,而热处理气氛影响Bi2201相含量,通过一种复合热处理(热处理过程中使用2种气氛)可以消除带材中的Bi2201相.优化热处理工艺后,带材临界电流从78A增加到103A.     

热处理有机聚合物螺旋纤维制备螺旋炭纤维及其表征

在400～800℃、氩气气氛下对有机聚合物螺旋纤维进行热处理制备螺旋炭纤维,采用SEM、XRD、FT-IR和热分析等手段对其微观形貌和结构组成进行了研究。结果表明,在上述条件下热处理有机聚合物螺旋纤维,其螺旋形貌基本保持不变,而化学成分却发生了变化;随着热处理温度升高,有机螺旋纤维逐渐转变为以石墨结构为主的螺旋炭纤维。