用于交联碳化硅纤维前体聚合物的方法和设备技术

技术编号:14564069 阅读:119 留言:0更新日期:2017-02-05 21:05
本公开内容大体上提供了用于用电子束辐射有效地交联碳化硅纤维前体聚合物的方法和设备。该方法和设备使用包含碳化硅纤维前体聚合物(16,116)的平台(14,114)。平台(14,114)的温度在碳化硅纤维前体聚合物(16,116)被照射的同时调节,以由此调节设在其上的被照射的碳化硅纤维前体聚合物的温度。以此方式,被照射的碳化硅纤维前体聚合物(16,116)的温度在经历辐射期间和之后都经由平台(14,114)调节。平台(14,114)和电子束辐射机构(12,112)中的至少一者可相对于另一者平移,以照射碳化硅纤维前体聚合物(16,116)的不同部分,且最终照射包含在平台(14,114)上的碳化硅纤维前体聚合物的整体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及用于交联碳化硅纤维前体聚合物(precursorpolymer)的方法和设备。更具体而言,本专利技术涉及用于通过电子束辐射有效地交联碳化硅纤维前体聚合物的方法和设备。
技术介绍
碳化硅(SiC)为若干高级陶瓷材料中的一者,它们目前作为电子材料、作为发动机中的金属的潜在替换物和用于期望或需要与低密度和高温下的抗氧化性、抗腐蚀和抗热降解组合的高强度的多种其它应用而受到相当多的关注。令人遗憾的是,这些极硬的非熔化陶瓷难以通过常规的成形、加工或纺纱应用来处理,致使其对于这些潜在应用中的许多的使用成问题。具体而言,经由电子束照射交联SiC纤维聚合物前体(聚碳硅烷(polycarbosilane)和聚二甲硅基胺(polydisilazane))是碳化硅纤维生产过程中的最大瓶颈。交联SiC纤维聚合物前体(例如,聚碳硅烷和聚二甲硅基胺)使得聚合物不可熔,所以纤维的空间完整性将在随后的高温分解期间保持。目前,电子束是用于实行SiC纤维聚合物前体的交联的典型机构。然而,当前交联过程的产量严重受到照射期间吸收的能量引起的纤维导致的温度升高限制。结果,辐射剂量必须以足够慢的速率输送,以确保SiC纤维聚合物前体不会达到其熔点,且因此失去其形状和/或熔化在一起。在典型的布置中,辐射剂量通过使用传送器系统来调节或限制。在照射陶瓷先驱体(preceramic)SiC纤维的一部分之后,其围绕长传送器跨置,以在回到电子束来用于另一小剂量辐射之前在环境大气中冷却。陶瓷先驱体SiC纤维的部分在电子束下经过足够的时间,以接收有效交联所需的累积剂量,由此使纤维的整个长度交联。当需要大剂量(若干MGy)来有效交联聚合物纤维时,辐射过程由于很长的传送器系统所需的较大资金投入和很长生产时间而变得很昂贵。因此,对用于经由电子束有效地交联SiC纤维聚合物前体(例如,聚碳硅烷和聚二甲硅基胺)同时保持纤维的空间完整性的方法和设备存在需要。有助于此纤维在比现有技术方法和设备高得多的速率下电子束固化的方法和设备将在减小占地面积要求的情况下提供有价值的高产量、成本效益合算的商业碳化硅纤维生产。
技术实现思路
在一方面,公开了一种交联碳化硅纤维前体聚合物的方法。该方法包括使设在平台上的碳化硅纤维前体聚合物的第一部分暴露于来自电子束辐射机构的电子束。该方法还包括使平台和电子束辐射中的一者相对于另一者平移,以及将碳化硅前体聚合物的第二部分暴露于电子束辐射。该方法还包括调节平台的温度,以由此防止碳化物纤维前体聚合物的第一部分和第二部分的温度由于电子束辐射而达到其软化点。在另一方面,公开了一种用于利用电子束辐射来交联碳化硅纤维前体聚合物的设备。该设备包括平台,其包括处理表面和冷却剂通道。该设备还包括定位在平台的处理表面上的多层碳化硅纤维前体聚合物。在一些实施例中,冷却剂通道构造成在交联期间通过使用热传递流体调节处理表面的温度,且由此调节定位在其上的多层碳化硅纤维前体聚合物的温度。在另一方面,公开了一种用于交联碳化硅纤维前体聚合物的设备。设备包括平台、平移机构和构造成投射电子束辐射的电子束辐射机构。平台包括处理表面、定位在处理表面上的多层碳化硅纤维前体聚合物,以及延伸穿过平台的冷却剂通道。平移机构构造成使平台和从电子束辐射机构投射的电子束辐射中的至少一者相对于另一者平移,使得在第一构造下,电子束辐射机构将第一剂量的电子束辐射施加到碳化硅纤维前体聚合物的第一部分上,且在第二构造下,电子束辐射机构将第一剂量的电子束辐射施加到碳化硅纤维前体聚合物的第二部分上。本公开内容的这些及其它目的、特征和优点将从连同附图的本公开内容的各种方面的以下详细描述中变得清楚。附图说明图1为按照本公开内容的示例性实施例的陶瓷先驱体SiC纤维交联设备的透视图;图2A和2B为图1的示例性陶瓷先驱体SiC纤维交联设备的示例性平台上的陶瓷先驱体SiC纤维的示例性布置的顶视图;图3A和3B为图1中的示例性陶瓷先驱体SiC纤维交联设备的示例性平台的示例性温度调节底座的透视图;图4为按照本公开内容的示例性实施例的另一陶瓷先驱体SiC纤维交联设备的透视图;以及图5A和5B为图4的示例性陶瓷先驱体SiC纤维交联设备的示例性温度调节平台的透视图。具体实施方式下文提出的各个实施例便于阐释本公开内容的某些方面,且不应当理解为限制本公开内容的范围。此外,如本文在说明书和权利要求各处使用的近似语言可用于改变可允许在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下改变的任何数量表示。因此,由一个或更多个用语如\大约\修饰的值不限于指定的精确值。在一些情况下,近似语言可对应于用于测量值的器具的精确性。当介绍各种实施例的元件时,词语\一个\、\一种\、\该\和\所述\旨在表示存在一个或更多个元件。用语\包括\、\包含\和\具有\旨在为包含性的,且意思是可存在除所列元件之外的附加元件。如本文使用的用语\可\和\可为\是指出现在一组环境中的可能性;拥有指定性质、特征或功能;或/或通过表示与合格动词相关联的能力、性能或可能性中的一个或更多个使另一个动词合格。因此,\可\和\可为\的使用是指修饰的用语表面上是适合、有能力或适用于指出的容量、功能或使用,同时考虑了在一些情况中,修饰的用语有时可不是适合、有能力或适用的。操作参数的任何实例并未排除公开的实施例的其它参数。本文参照任何特定实施例描述、示出或以其它方式公开的构件、方面、特征、构造、布置、使用等可类似地应用于本文公开的任何其它实施例。用语\陶瓷先驱体SiC纤维\(和其语法上的变体)在本文中用于表示具有或没有一定百分比的交联的碳化硅(SiC)纤维聚合物前体或碳化硅未加工纤维。本公开内容的方法及设备提供了经由电子束照射在比可由当前技术水平实现的更高的速率下交联碳化硅(SiC)纤维聚合物前体(例如,聚碳硅烷和聚硅胺烷)。在一些实施例中,聚硅胺烷为聚二甲硅基胺。本文公开的方法及设备可能能够使用单个电子束设备生产每年至少大约20吨交联陶瓷先驱体SiC纤维,且更优选每年至少大约30吨交联陶瓷先驱体SiC纤维。交联的陶瓷先驱体SiC纤维的此生产率提供了优于当前典型SiC纤维聚合物前体电子束设备和方法的至少大约500%的性能优点。在一些实施例中,测试导致了相比于典型陶瓷先驱体SiC纤维交联电子束设备和方法的交联陶瓷先驱体SiC纤维的产量的600%的增长。本公开内容的陶瓷先驱体SiC纤维或SiC纤维聚合物前体交联方法和设备还相比于传送器系统中的典型散装容器,向处理或交联的陶瓷先驱体SiC纤维提供了更大的辐射剂量均匀性。更进一步,本公开内容的陶瓷先驱体SiC纤维或SiC纤维聚合物前体交联方法和设备相比于现有的陶瓷先驱体SiC纤维聚合物前体交联设备和方法,在交联过程期间的相同辐射剂量率下提供了陶瓷先驱体SiC纤维的较低操作温度。在又一个方面中,本公开内容的陶瓷先驱体SiC纤维交联方法和设备相比于现有SiC纤维聚合物前体交联设备和方法提供了较低资金投入(例如,更少的电子束单元、较少基础结构、更小的占地面积等)。在一个方面,本本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种交联碳化硅纤维前体聚合物的方法,包括:使设在平台上的碳化硅纤维前体聚合物的第一部分暴露于来自电子束辐射机构的电子束辐射;使所述平台和所述电子束辐射中的至少一者相对于另一者平移,且使所述碳化硅纤维前体聚合物的第二部分暴露于电子束辐射;以及调节所述平台的温度,以由此防止碳化物纤维前体聚合物的第一和第二部分的温度由于所述电子束辐射而达到它们的软化点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.09 US 13/9372981.一种交联碳化硅纤维前体聚合物的方法,包括:
使设在平台上的碳化硅纤维前体聚合物的第一部分暴露于来自电子束辐射机构的电子束辐射;
使所述平台和所述电子束辐射中的至少一者相对于另一者平移,且使所述碳化硅纤维前体聚合物的第二部分暴露于电子束辐射;以及
调节所述平台的温度,以由此防止碳化物纤维前体聚合物的第一和第二部分的温度由于所述电子束辐射而达到它们的软化点。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,调节所述平台的温度包括在所述碳化硅纤维前体聚合物的所述第一和第二部分暴露于电子束辐射的同时和其后一定时间段内调节所述平台的温度。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,调节所述平台的温度包括使用热传递材料来从所述平台除去热,以由此从所述碳化物前体聚合物的所述第一和第二部分除去热。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,使用热传递材料来从所述平台除去热包括使所述平台与热传递材料流直接地或间接地接触。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,使所述碳化硅纤维前体聚合物的第一部分暴露于电子束辐射和使所述碳化硅纤维前体聚合物的第二部分暴露于电子束辐射包括在0.2MGy到20MGy之间的累积剂量下投射电子束辐射。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述碳化硅纤维前体聚合物为聚碳硅烷或聚硅氮烷。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括沿横穿所述碳化硅纤维前体聚合物的所述电子束辐射的方向将碳化硅纤维前体聚合物定位在所述平台的表面上成至少两层厚。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,使所述平台和所述电子束辐射中的至少一者相对于另一者平移包括使所述平台围绕旋转轴线旋转。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,还包括将所述碳化硅纤维前体聚合物定位在所述平台的第一表面上,以及其中所述平台的所述旋转轴线基本正交于所述平台的所述第一表面。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,还包括将所述碳化硅纤维前体聚合物定位在所述平台的第一表面上,以及其中所述第一表面至少部分地围绕所述平台的所述旋转轴线延伸。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,使所述碳化硅纤维前体聚合物的第一部分暴露于来自电子束辐射机构的电子束辐射包括使所述平台和所述电子束辐射中的至少一者相对于另一者从第一布置移动到第二布置,在该第一布置中从束...

【专利技术属性】
技术研发人员:PK戴维斯S鲁宾什塔恩
申请(专利权)人:通用电气公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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