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专利号: 2024118695259
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种SiC‑ZrC复相连续陶瓷纤维的制备方法,其特征在于:

所述方法包括以下步骤:

(1)前驱体的制备:将聚二甲基硅氧烷裂解得到混合产物,再将混合产物与有机金属Zr试剂中混合进行热聚合,热聚合结束后冷却至室温得到初产物,再将初产物溶解后过滤,再减压蒸馏,得到前驱体;

(2)熔融纺丝:将步骤(1)中得到的前驱体加入纺丝筒,在氮气气氛保护下,加热进行静置脱泡,然后降至纺丝温度,并用氮气加压,进行熔融纺丝,得到原纤维;

(3)三氯化硼不熔化处理:将步骤(2)中得到的原纤维放入管式炉内加热,同时通入三氯化硼气体,保持一段时间进行固化,得到交联丝;

(4)热解:将步骤(3)中得到的交联丝放入管式炉内,按照升温程序进行反应,然后保温,冷却至室温后得到初始纤维;

(5)烧结:将步骤(4)中得到的Si‑Zr‑C‑O纤维放入烧结炉中,升温后保温,得到SiC‑ZrC复相连续陶瓷纤维。

2.根据权利要求1所述的一种SiC‑ZrC复相连续陶瓷纤维的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,采用以下方式制备前驱体:(1.1)将聚二甲基硅氧烷放入自制的降膜聚合制备聚碳硅烷的装置的裂解反应系统中,裂解30‑38h,得到聚硅碳硅烷和液态聚碳硅烷的混合物,作为混合产物;

(1.2)将步骤(1.1)中得到的混合产物和有机金属Zr试剂按照配比加入三口烧瓶内,在惰性气氛的保护下进行第一次升温至280‑300℃,并保温1‑3h,然后进行第二次升温至450℃,保温15‑25h,反应结束后冷却至室温,得到聚锆碳硅烷,作为前驱体初产物;

(1.3)将步骤(1.2)中得到的前驱体初产物加入有机溶剂中至溶解,得到初产物溶液,再将初产物溶液过滤,然后在40‑90℃的温度范围内进行蒸馏,获得前驱体。

3.根据权利要求2所述的一种SiC‑ZrC复相连续陶瓷纤维的制备方法,其特征在于:所述步骤(1.2)中,混合产物中的有机金属Zr试剂的质量分数为0.1‑3wt%,有机金属Zr试剂为乙酰丙酮锆,惰性气氛采用氮气,第一次升温的速率为5‑8℃/min;第二次升温的速率为

2‑4℃/min。

4.根据权利要求2所述的一种SiC‑ZrC复相连续陶瓷纤维的制备方法,其特征在于:所述步骤(1.3)中,有机溶剂为正己烷,获得的前驱体的最终软化点为170‑210℃。

5.根据权利要求1所述的一种SiC‑ZrC复相连续陶瓷纤维的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,加热的温度为330‑350℃,纺丝温度为270‑290℃,加压的压力范围为0.1‑

0.4MPa。

6.根据权利要求1所述的一种SiC‑ZrC复相连续陶瓷纤维的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中,加热的温度为90‑150℃,加热的速率为2‑10℃/min,气体的流量速率为0.5‑

1.5ml/min,固化的时间为4‑10h。

7.根据权利要求1所述的一种SiC‑ZrC复相连续陶瓷纤维的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中,升温程序为:先将温度从20℃升高至100℃,升温时间30min;然后再将温度从

100℃升高至400℃,升温时间150min,最后将温度从400℃升高至1100℃,升温时间140min;

保温的时间为0.5‑1h。

8.根据权利要求1所述的一种SiC‑ZrC复相连续陶瓷纤维的制备方法,其特征在于:所述步骤(5)中,升温的温度为1800‑1900℃,保温的时间为0.5‑1h。

9.一种SiC‑ZrC复相连续陶瓷纤维,其特征在于:采用权利要求1‑8任一项所述的制备方法制备而成。

10.权利要求9所述的SiC‑ZrC复相连续陶瓷纤维或者采用权利要求1‑8任一项所述的制备方法制成的SiC‑ZrC复相连续陶瓷纤维在航空航天飞行器热防护系统、超高温发动机关键部件、核反应堆材料、超音速飞行器前缘结构和再入大气层飞行器热防护罩制造中的应用。