论文部分内容阅读
将氧化锆的低热导率和碳化硅纤维的红外遮蔽性质相结合,制备出超细氧化锆/碳化硅(ZrO2/SiC)复合纤维和超细ZrO2/SiC径向梯度纤维,对SiO2气凝胶等高温隔热材料的研制具有积极意义。本文以聚碳硅烷(PCS)和锆酸四丁酯(Zr(OC4H9)4)为原料,二甲苯为主要溶剂配制聚碳硅烷/锆酸四丁酯(PCSZ)纺丝溶液,通过静电纺丝得到PCSZ原纤维,然后经空气预氧化和高温烧成等步骤,制得了超细ZrO2/SiC复合纤维;将PCSZ原纤维先进行熟化处理,然后经空气预氧化和高温烧成等步骤,制得了超细ZrO2/SiC径向梯度纤维。采用SEM、XRD、TEM和XPS等分析手段,对纤维形貌、组成及结构进行了表征,并初步研究了它们的耐高温性能。研究表明,纺丝溶液中PCS和Zr(OC4H9)4以物理混合的形式共存,且溶解性好、纺丝溶液的浓度可调,其中Zr(OC4H9)4含量的可调整范围为050wt%。PCS作为纺丝的主体,随着Zr(OC4H9)4含量的增大,PCSZ溶液可纺的浓度范围变小。PCSZ纺丝溶液的静电纺丝工艺条件为:Zr(OC4H9)4的含量为2040wt%、PCS浓度为1.101.40g/ml、供料速率为2040μl/min、纺丝电压为1220kV、收丝距离为1520cm。熟化热处理使PCSZ原纤维中的Zr(OC4H9)4从内部逐渐扩散到表面,形成一定的径向梯度。Zr(OC4H9)4的加入对PCSZ纤维预氧化有阻碍作用。PCSZ纤维的预氧化应采用比普通PCS纤维短、比静电纺丝PCS纤维长的升温制度。合适的熟化热处理工艺为:熟化温度80120℃,熟化时间80120h。合适的预氧化工艺为:以11.5℃/min的速率从室温升至150℃保温12小时,再以68℃/h的速率升至210220℃保温13小时。最终制得了超细ZrO2/SiC复合纤维毡,其纤维直径为17μm,平均为5μm,最细可达0.5μm。纤维有良好的ZrO2和SiC结晶。通过EDS和AES的分析表明,在预氧化前附加熟化热处理后最后烧成制备的ZrO2/SiC径向梯度纤维中,Zr沿径向从表面向内部呈现出递减的趋势,证明其存在一定的ZrO2/SiC径向梯度结构。初步研究讨论了纤维的耐高温抗氧化性能和抗碱腐蚀性能。惰性气氛下超细ZrO2/SiC径向梯度纤维的抗高温性能比同直径的SiC纤维好;经在NaOH溶液中浸泡一定时间再在高温空气中热处理后发现,超细ZrO2/SiC径向梯度纤维比超细ZrO2/SiC复合纤维具有更好的抗碱腐蚀性能。