SiC纤维研究进展

本文介绍了近年来碳化硅(SiC)纤维的制备、性能和应用的研究现状及进展，并对今后的研究方向作了简单评述．     

用作陶瓷先驱体的可溶性聚硅烷的合成与表征

以甲基氢二氯硅烷、二甲基二氯硅烷为原料，利用均聚和共聚的方法，合成了几种不同组成的可溶性聚硅烷，研究了反应条件对可溶性聚硅烷产率的影响，并用IR、XRD对产物进行了表征。结果表明：甲基氢二氯硅烷在反应体系中的比例越高，可溶聚硅烷的产率越高，增加反应时间和降低反应温度可提高可溶聚硅烷的产率。     

SiC(Al)陶瓷纤维先驱体聚铝碳硅烷的合成与表征

利用聚二甲基硅烷(PDMS)热解聚合的液相产物聚硅碳硅烷(PSCS)与乙酰丙酮铝(Al(AcAc)3)反应制备了SiC(Al)陶瓷纤维的先驱体聚铝碳譬烷(PACS)，选用PSCS为原料消除了Al(AcAc)3在合成反应过程中出现的升华现象。合成的PACS化学式为：SiC2.0，H2.6Al0.018。数均分子量Mn=2265。研究反应过程发现PSCS发生裂解重排反应，Si-H键在反应中显示出巨大的活性，反应时伴随有乙酰丙酮气相副产物产生。反应机理研究表明，PACS分子量的增加是PSCS形成的Si-H键与Al(AcAc)3的配位基发生交联反应形成Si～Al键的结果。     

三叶型截面聚碳硅烷纤维的异形度控制

对三叶型截面聚碳硅烷（ＰＣＳ）纤维的制备工艺及纺线温度、压力、收丝速度等对纤维异形度的影响进行了研究。结果表明：纤维异形度随纺丝温度、纺丝压力、收丝速度的和蔼同而降低。熔点低的原料其异形度对压力的变化比高熔点原料更敏感。软化点高的ＰＣＳ有利于纺制异形度较大的纤维 。     

三叶型截面聚碳硅烷纤维的异形度控制

对三叶型截面聚碳硅烷（ＰＣＳ） 纤维的制备工艺及纺丝温度、压力、收丝速度等对纤维异形度的影响进行了研究。结果表明： 纤维异形度随纺丝温度、纺丝压力、收丝速度的升高而降低。熔点低的原料其异形度对压力的变化比高熔点原料更敏感, 软化点高的ＰＣＳ 有利于纺制异形度较大的纤维。     

Synthesis and characterization of polyaluminocarbosilane as SiC ceramic precursor

Polyaluminocarbosilane (PACS) was synthesized by the reaction of aluminum acetylacetonate (Al(AcAc)3) with polysilacarbosilane (PSCS), which was prepared by thermolysis and condensation of polydimethylsilane (PDMS). The sublimation of Al(AcAc)3 could be avoided by the use of PSCS as reactant. The empirical formula of PACS was SiC2.01 H7.66O0.13 Al0.02, which has the relative molecular mass of 2 265. When the reaction of PSCS with Al(AcAc)3 proceeds, an enormous decrease in the number of Si-H bonds in PSCS is observed, at the same time, gas acetylacetonate is a by-product of the reaction based on the ligands of Al(AcAc)3. The reaction mechanism is found to be related to the increase in the molecular mass of PACS by the cross-linking reaction of Si-H bonds in PSCS with Al(AcAc)3, which leads to the formation of Si-Al bonds.     

含铝碳化硅纤维耐高温性能

通过合成陶瓷纤维先驱体聚铝碳硅烷,制备了具有耐高温性能的含铝碳化硅SiC(Al)纤维。SiC(Al)纤维的化学组成为SiC1.15O0.026·Al0.013,主要结构是平均晶粒为95nm的βSiC,O和游离C含量均大大低于nicalon纤维,同时含有微量的Al和少量的αSiC。SiC(Al)纤维的平均直径为13μm,平均抗拉强度为2.3GPa。1400℃氩气中处理1h后,抗拉强度是原始强度的95%以上;1800℃氩气中处理1h后,抗拉强度保留率为71%。纤维的高温稳定性高于nicalon,Hi nicalon等商品SiC纤维,但低于TyrannoSA商品SiC纤维,并且SiC(Al)纤维的高温抗蠕变性能明显高于nicalon纤维。SiC(Al)纤维的高温稳定性取决于其低氧含量、低富碳含量以及异元素Al的助烧结和在高温下抑制SiC晶粒长大的作用,良好的抗蠕变性能决定于其高结晶度和低含量的SiCxOy相。     

低电阻率Si—C—O纤维的制备——先驱体聚合物的热裂解

通过IR,TG及XRD等手段对聚二甲基硅烷（PDMS）与聚氯乙烯（PVC）共裂解合成制备的纤维先驱体（PC－P4,PC－P50）裂解进行了研究。结果表明,在初始裂解队伍,主要为小分子硅烷逸出,PC－P5发生－Si-H和－Si-CH3的脱甲烷、脱氢反应而导致交联程度的增加;而在PC－P50中,除了发生上述反应外,还存在分子内和分子间稠环芳烃结构的脱氢缩率。随裂解温度进一步的提高,PC－P5表面为脱氢,脱甲烷的无机化过程,裂解产物从有机物转变为存在部分微晶的无机结构,裂解温度继续提高后,Si-C-O玻璃相和富余碳反应使SiC晶粒尺寸增加,并伴有CO气体的放出。     

低电阻率Si-C-O纤维组成和性能

采用聚二甲基硅烷（PDMS）与不同比例的聚氯乙烯（PVC）共裂解合成制备了低电阻率Si-C-O纤维先驱体聚合物。经熔融纺丝、空气不熔化处理及高温烧成制成低电阻率Si-C-O纤维。通过元素分析、XRD及XPS研究了纤维组成及其结构,考察了纤维组成与性能的关系。结果表明,PVC的掺入使烧成纤维中氧含量降低,游离碳的含量有较大幅度的增加,纤维的密度和模量下降,在较低的Si/C比时,纤维的强度同碳含量没有明显的关系。     

具有雷达吸波功能的碳化硅纤维的制备

以聚碳硅烷为原料,通过熔融纺丝、不熔化处理和烧成、制备出异形截面碳化硅纤维,这种纤维与环氧树脂复合成结构吸波材料,具有良好的雷达吸波性能。