含鋁碳化硅纖維的制備及性能研究.pdf

1、碳化硅纖維具有強(qiáng)度高、比模量高、密度小、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，含鋁碳化硅纖維具有優(yōu)異的耐高溫性，有望廣泛應(yīng)用于航空、航天、核能和化學(xué)化工等行業(yè)。國內(nèi)外報道的鋁源主要是乙酰丙酮鋁、仲丁醇鋁等，可供選擇的鋁源少，而且這些鋁源揮發(fā)性高，容易使得配比不可控。因此本論文選擇采用硬脂酸鋁和8-羥基喹啉鋁制備含鋁碳化硅纖維具有重要的意義。
　　本論文采用硬脂酸鋁和8-羥基喹啉鋁(Alq3)為鋁源，利用溫和的常壓高溫反應(yīng)法，合成了聚鋁碳硅烷先驅(qū)體(

2、PACS)，溶解8-羥基喹啉鋁采用的溶劑是二甲苯、苯甲醇或者是N，N-二甲基甲酰胺(DMF);用傅里葉紅外光譜(FT-IR)和X射線光電子能譜(XPS)分析了先驅(qū)體的組成;探索了鋁元素含量和不同鋁源對纖維成型性和力學(xué)性能的影響;利用掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDX)、X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)對表面形貌、成分、相組成等進(jìn)行了表征;經(jīng)過熔融紡絲、不熔化處理以及熱解燒成，用硬脂酸鋁制備了理論含鋁量分別為0.10

3、wt％、0.28wt％的含鋁碳化硅纖維，分別命名為1-SiC(Al)-1和1-SiC(Al)-2，用8-羥基喹啉鋁制備了理論含鋁量分別為0.06wt％、0.37wt％、0.84wt％的含鋁碳化硅纖維，分別命名為2-SiC(Al)-1、2-SiC(Al)-2和2-SiC(Al)-3;最后將用DMF作為鋁源溶劑制備的2-SiC(Al)-2和不含鋁碳化硅SiC(0)纖維在空氣中經(jīng)過高溫?zé)崽幚恚ㄟ^表面形貌觀察、相組成等對比分析了纖維在處理前后

4、的變化。研究主要結(jié)論如下:
　　(1)FT-IR分析發(fā)現(xiàn)，硬脂酸鋁和8-羥基喹啉鋁都分別參與了先驅(qū)體的合成反應(yīng)，XPS分析確認(rèn)了2-SiC(Al)-3纖維的先驅(qū)體中的鋁以Al-O鍵的形式存在;
　　(2)用二甲苯作為8-羥基喹啉鋁溶劑制備的2-SiC(Al)-1纖維直徑約為12μm，平均強(qiáng)度1.6GPa。用苯甲醇作為8-羥基喹啉鋁溶劑制備的2-SiC(Al)-2纖維和2-SiC(Al)-3纖維因?yàn)榧徑z性較差，直徑約25μm，

5、平均強(qiáng)度小于1.0GPa。用DMF作為鋁源溶劑制備的2-SiC(Al)-2纖維的先驅(qū)體平均無斷頭時間是2min，平均每次紡絲長度為440m，制備的2-SiC(Al)-2纖維直徑為13μm，平均強(qiáng)度1.2GPa;
　　(3)1-SiC(Al)-1纖維直徑約12μm，平均強(qiáng)度為1.2GPa。1-SiC(Al)-2纖維由于先驅(qū)體紡絲性較差，直徑約25μm，平均強(qiáng)度小于1.0GPa;
　　(4)在空氣氣氛下熱處理之后，2-SiC(A