论文题目: 含铝碳化硅纤维的连续化制备与研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料科学与工程
作者: 余煜玺
导师: 李效东
关键词: 先驱体方法,聚铝碳硅烷,含铝碳化硅纤维,纤维,纤维
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 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。
论文目录:
缩略语表
摘要
ABSTRACT
图表索引
第一章 绪论
1．1 先驱体转化法制备碳化硅纤维简介
1．1．1 Nicalon系列纤维
1．1．2 Tyranno系列纤维
1．1．3 Sylramic纤维
1．1．4 国产KD型纤维
1．2 碳化硅纤维的耐温性能及耐温极限
1．3 碳化硅纤维的发展趋势及其对策
1．3．1 合成新型先驱体
1．3．2 辐射交联或采用非氧化性气氛交联
1．3．3 引入异元素，采取高温烧结
1．4 论文的研究内容
第二章 实验
2．1 原材料及试剂
2．2 先驱体的合成
2．2．1 聚硅碳硅烷(Polysilacarbosilane，PSCS)的合成
2．2．2 聚铝碳硅烷(Polyaluminocarbosilane，PACS)的合成
2．3 含铝碳化硅纤维的制备
2．3．1 先驱体的熔融纺丝(Melt—Spinning)
2．3．2 先驱体纤维的不熔化处理(Curing)
2．3．3 含铝碳化硅纤维的烧成(Pyrolysis)
2．3．4 含铝碳化硅纤维的高温烧结(Sintering)
2．4 分析表征方法
2．4．1 结构与组成分析
2．4．2 形貌分析
2．4．3 物理化学性能分析
2．5 含铝碳化硅纤维的性能测试
2．5．1 力学性能测试
2．5．2 高温抗氧化性能测试
2．5．3 耐超高温性能测试
2．5．4 高温抗蠕变性能测试
第三章 PACS及含铝碳化硅纤维的制备
3．1 先驱体PACS的研究
3．1．1 先驱体PACS合成条件的研究
3．1．2 PACS的组成与结构研究
3．1．3 PACS的性质
3．2 PACS的多孔熔融纺丝工艺研究
3．3 连续PACS纤维的不熔化处理工艺研究
3．4 连续含铝碳化硅纤维的烧成与烧结工艺研究
3．5 本章小结
第四章 含铝碳化硅纤维的组成与结构
4．1 含铝碳化硅纤维的表面形貌
4．2 含铝碳化硅纤维的元素组成与分布
4．3 含铝碳化硅纤维的相结构分析
4．4 本章小结
第五章 含铝碳化硅纤维的性能
5．1 含铝碳化硅纤维力学性能的评价
5．1．1 单根纤维的强度
5．1．2 力学性能的影响因素
5．2 含铝碳化硅纤维高温抗氧化性分析
5．2．1 空气中高温处理后含铝碳化硅纤维的表面形貌
5．2．2 空气中高温处理后含铝碳化硅纤维的组成和结构
5．2．3 空气中高温处理后含铝碳化硅纤维的力学性能
5．3 含铝碳化硅纤维耐超高温性能研究
5．3．1 高温处理后含铝碳化硅纤维的力学性能分析
5．3．2 高温处理后含铝碳化硅纤维的外观和表面形貌
5．3．3 高温处理后含铝碳化硅纤维的组成和结构
5．3．4 耐高温机理分析
5．4 含铝碳化硅纤维抗蠕变性能研究
5．5 本章小节
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表论文情况
发布时间: 2005-11-07
相关论文
- [1].异形截面碳化硅纤维制备及其吸波性能[D]. 刘旭光.国防科学技术大学2010
- [2].短纤维增强反应烧结碳化硅的制备与性能研究[D]. 李双.哈尔滨工业大学2013
- [3].碳化硅基陶瓷纤维用有机硅高分子的合成与表征[D]. 陈江溪.厦门大学2007
- [4].固态/液态混合聚碳硅烷制备SiC纤维的关键基础研究[D]. 汤明.厦门大学2009
- [5].PCS和PMCS的新合成方法及高耐温性SiC纤维的制备研究[D]. 杨大祥.国防科学技术大学2008
- [6].PIP工艺制备陶瓷基复合材料中先驱体的交联固化研究[D]. 陈曼华.国防科学技术大学2005
- [7].碳化硅纳米线的制备、性能与机理研究[D]. 陈建军.浙江大学2008