南京工业大学复合材料原理第4章特种陶瓷纤维(第56周).ppt

主要步骤： 稳定化处理(也称不熔化处理或预氧化处理)。防止先驱丝在后来的高温处理中熔融或粘连。 碳化热处理。除先驱丝中非碳元素。 石墨化热处理。高温加热，使碳变成石墨结构，以改善在第②步骤中所获得的碳纤维的性能。 4.2、 有机纤维 一、碳化硅纤维 1、 概述 碳化硅(SiC)纤维隶属于陶瓷纤维； 分类: 　 ●按形态： 连续纤维、短切纤维和晶须； 　 ●按结构： 单晶、多晶纤维； 　 ●按集束状态： 单丝、束丝纤维。 4.3.1　碳化硅纤维 2、种类: (1)CVD碳化硅纤维: 采用化学气相沉积法制造，其特点为单丝、 连续、有芯、多晶态。 　(2)Nicalon碳化硅纤维 用先驱体转化法制造，其特点为连续、多晶、束丝纤维 　(3)碳化硅晶须 用气/液/固法或稻壳焦化法制造，其特点为具有一定长径比的单晶纤维 4.3.1　碳化硅纤维 3、性能及应用 　 具有高比强度、高比模量、高温抗氧化性、优异的耐烧蚀性、耐热冲击性等。 碳化硅纤维增强聚合物基复合材料，可以吸收或透过部分雷达波；作为雷达天线罩、火箭、导弹和飞机等飞行器部件的隐身结构材料，和航空、航天、汽车工业的结构材料与耐热材料。 二、碳化硅纤维的制备 1、化学气相沉积法(CVD) 4.3.1　碳化硅纤维 （1）制备工艺 　 主要原料：硅烷、氢气 沉积方式：在Ｃ、W芯丝进行沉积反应 性能影响：先驱气体成分、供丝速度和沉积温度。 　 4.3.1　碳化硅纤维 （2）性能特点 （a）钨芯碳化硅纤维 　　● 热稳定性350℃，适宜于高温使用； ● 沉积期间(927℃左右)， SiC与W之间发生化学 反应生 WC和W-Si化合物，增加了纤维本身的界面复杂性； ● 钨芯的密度大，导致纤维密度大。　　 4.3.1　碳化硅纤维 ● 增强的高温超合金和降瓷材料，在1093℃下经历100h，其抗拉强度仍高于1.4GPa。 （3）纤维主要缺点 ● 柔曲性差，工艺复杂，成本高； ● 纤维表面有残余应力，易损伤。 4.3.1　碳化硅纤维 2、聚合物转化碳化硅纤维的制备 　 主要包括四个阶段：制备聚碳硅烷、熔融纺丝、不熔化处理和高温烧成。 (a)制备聚碳硅烷(PCS) 合成PCS的原料：二甲基二氯硅烷 Yajima 提出 Mark I、Mark Ⅱ等工艺路线。 (b)制备聚碳硅烷(PCS)先驱丝 采用熔融纺丝技术，溶液纺丝可在室温下进行，纺丝后所获得的PCS先驱丝呈乳白色，均匀而纤细。 (c) 不熔化处理 (预氧化处理、稳定化处理) 利用加热或高能粒子辐照PCS先驱丝，使其表面生成不熔不溶的网状交联含氧聚碳硅烷。 除此之外，还有其他处理方法有多种：氧化气氛或非氧化气氛、常温或190℃、化学气相不熔化法、高分子量PCS干纺法、粉末法和烧结助剂法等。 (d) SiC纤维的烧成 将不熔化处理后的PCS先驱丝在惰性气氛或真空中高温烧成，使有机聚碳硅烷转化为无机碳化硅。 三、 碳化硅纤维的应用与发展前景 (1)CVD法碳化硅纤维的应用 CVD法碳化硅纤维适用于聚合物基、金属基和陶瓷基复合材料的制备。如，碳化硅增强钛基复合材料的制品已进入实用化研制阶段。 (2) 聚合物转化法碳化硅纤维的应用 纤维耐热性、抗氧化性和力学性能优异，可作为聚合物、金属、碳及各种陶瓷基复合材料的增强体。 4.3.2　氧化铝纤维 一、概述 ■ 在高级纤维中问世较晚； ■ 耐高温、抗氧化性性能出类拔萃； ■ 品种多，具有优异的绝缘性能。 ■ 制备方法包括杜邦法、住友化学法等。 二、氧化铝纤维的制备方法 (1)杜邦法 美国杜邦公司采用泥浆法制备氧化铝纤维。⑴将微细的 α－Al2O3颗粒与粘接剂等物质制成具有一定黏度的浆料(称为泥浆或淤浆)；⑵将泥浆进行纺丝； ⑶再经焙烧后，得到氧化铝纤维。杜邦法也称为泥浆法或淤浆法。 (3)住友法（日本住友化学公