含鈷碳化硅纖維的制備與表征.pdf

1、目前，先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備碳化硅(SiC)纖維的發(fā)展趨勢是低成本化、高性能化以及多功能化。因此，將過渡金屬元素引入SiC纖維當中，降低電阻率，提高磁性能，賦予纖維鐵磁吸波性能，具有繼承和發(fā)展功能化SiC纖維的重要意義。
　　本文發(fā)展了納米鈷溶膠的制備新路線，將其成功地引入到聚碳硅烷先驅(qū)體基體當中，制備出納米鈷粒子高度分散的Co-SiC纖維。具體過程是，首先將Co2(CO)8與低分子量的液態(tài)聚碳硅烷(LPCS)在十氫萘中分解反應形成穩(wěn)定

2、的鈷溶膠;其次，將鈷溶膠與固態(tài)紡絲級的聚碳硅烷(HPCS)互溶形成相容性良好的Co-PCS先驅(qū)體;最后經(jīng)熔融紡絲、不熔化處理以及高溫熱解等工序制備出Co-SiC纖維。
　　在鈷溶膠的制備過程中，Co2(CO8)受熱分解形成多核羰基鈷衍生物并釋放出CO氣體。分解過程中產(chǎn)生的活性鈷中間化合物會催化周圍LPCS中的Si-H鍵形成自由基反應和氧化加成反應，生成Si-O-Si、Si-CH2-Si等交聯(lián)結(jié)構(gòu)，促使LPCS分子量增加，最終形成以

3、LPCS為包裹層，多核羰基鈷衍生物為內(nèi)核的殼-芯結(jié)構(gòu)。為了保證鈷溶膠的穩(wěn)定性，LPCS與羰基鈷的質(zhì)量比應控制在0.5～1之間，制得的納米粒子為～7nm，偏離這個范圍會有“凝膠”或者沉淀產(chǎn)生。
　　研究結(jié)果表明，當先驅(qū)體中的鈷含量約為1％時，先驅(qū)體擁有良好的紡絲性能。鈷溶膠的引入使得Co-PCS原絲的氧化行為發(fā)生顯著變化。Co-PCS先驅(qū)體中的HPCS在紡絲中發(fā)生交聯(lián)反應，不但稀釋了纖維中的Si-H鍵濃度，而且體系交聯(lián)度的增加也限制

4、了氧化過程中相鄰Si-OH鍵的有效“碰撞”，導致氧化反應活性降低，最終只能在更高的溫度下才能實現(xiàn)氧化交聯(lián)。纖維在280℃下氧化5h獲得氧含量約為5％的不熔氧化交聯(lián)纖維。
　　經(jīng)熱解，在Co-SiC纖維中觀察到了C的結(jié)晶，而Co以CoSi的結(jié)晶形態(tài)均勻分布在SiC基體當中。研究表明，Co具有催化作用，促進SiCxOy相提前分解，提高了C以及β-SiC的晶粒增長速度，導致纖維在1100℃達到最大拉伸強度(1.83GPa)。Co-SiC