本发明专利技术公开了一种含铝连续氮化硅纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)含铝聚碳硅烷纤维空气不熔化处理；(2)含铝不熔化聚碳硅烷纤维在纯氨气或氨气与氮气、氩气的混合气氛下氮化脱碳；(3)在氮气或氩气气氛下高温烧结。依照此法制得的含铝连续氮化硅纤维，克服了含B连续氮化硅纤维在有氧环境下，1500℃以上B2O3挥发，形成孔洞，造成纤维强度急剧下降的问题；与先驱体法相比，避免了材料不耐水、空气，容易分解的问题，具有更好的耐高温性和高温抗氧化性，且制备工艺和设备简单，成本较低，易于实现工业化批量生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于高技术材料制备技术领 域。
技术介绍
氮化硅纤维作为一种高性能纤维，具有高强度、高韧性、高热导率、耐腐蚀、耐热冲 击、抗氧化、热膨胀系数低、密度低等优良性能，在航空、航天和汽车发动机等领域获得广泛 关注。与碳化硅纤维类似，在氮化硅纤维中引入其他元素可进一步显著提高其耐温性能和 高温抗氧化性能，其中以对B元素的研宄比较多且深入。 将微量B引入到氮化硅纤维中，可显著提升碳化硅纤维的结晶温度，抑制结晶的 形成，从而氮化硅纤维的耐高温性和高温抗氧化性能。在氮气保护下，其使用温度最高可达 1600°C，然而在有氧环境，B与02反应生成B203，当T> 1500°C，B203挥发导致质量损失，同 时形成孔洞，大大降低了纤维的力学强度，显然在高温环境下这对氮化硅纤维的使用是不 利的。 在氮化硅纤维中引入A1也可以提高耐高温性能和高温抗氧化性，且A1在有氧环 境下被氧化成A1203，高温下不挥发，有望比含B氮化硅纤维具有更好的耐高温和抗氧化性 能。中国专利CN101269969、CN101870585公开了合成含铝氮化硅先驱体方法，然后通过熔 融纺丝、不熔化处理和高温烧成得到Si-Al-N-0纤维。由含铝硅氮烷先驱体中含有大量的 Si-N键，对空气、水等很敏感，容易分解，需要复杂的工艺设备和严格的工艺要求来克服此 问题。我们专利技术了一种工艺和设备简单，成本较低的含铝氮化硅纤维制备方法，通过将含铝 PCS纤维氮化制备含铝氮化硅纤维，容易实现工业化批量生产，相对于先驱体法具有明显的 技术优势和成本优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能有效提尚氣化娃纤维耐尚温性能和尚温抗氧化性 的制造方法。 本专利技术提出了，具体步骤包括： (1)含铝聚碳硅烷纤维经过空气不熔化处理制备含铝不熔化聚碳硅烷纤维； (2)将含铝不熔化聚碳硅烷纤维置于高温烧结炉内，通入高纯氮气，按照 100-300°C/h的升温速度升温至200-400°C停止通入高纯氨气，再通入高纯氨气，或氨 气与氮气的混合气体，或氨气与氩气的混合气体，继续按100-200°C/h的速度升温至 800-1000°C，保温l_2h进行氮化处理，所述氨气与氮气、氨气与氩气的混合气氛中，氨气所 占体积浓度彡20% ; (3)停止通入氨气，改通高纯氮气或氩气，将氮化处理后的纤维在1300-1500°C高 温条件下烧结，即得含铝连续氮化硅纤维。 优选，含铝不熔化聚碳硅烷纤维是由有机铝络合物与聚碳硅烷混合，经过 350-600°C热分解重排后熔体纺丝，再经180-250°C的不熔化窑炉中空气交联制得。 优选，在1300-1500°C下烧结Si-Al-N-0纤维，是在氮气或氩气气氛下，将氮化 后的纤维置于高温烧结炉中，然后以100_300°C/h的速率继续升温至1300-1500°C进行 高温烧结，制得Si-Al-N-0纤维；或将氮化后的纤维以0. 60-1.Om/min的速度通入温度为 1300-1500°C的高温管式炉内，制得Si-Al-N-0纤维。 优选，氮化处理过程中氨气流量为l-10L/min。 优选，高温烧结过程中氮气或氩气流量为10_30L/min。 本专利技术的上述方法制得的含铝连续氮化硅纤维Si-Al-N-0纤维直径为10-13ym， 强度为1.40-1. 60GPa，铝含量为0.8-1. 2%，1500 °C空气中处理lh后强度保留率为 50-70 %〇 本专利技术的有益之处在于，Si-Al-N-0纤维与Si-B-N-0纤维相比，克服了其在有氧 环境下，1500°C以上B203挥发，形成孔洞，造成纤维强度急剧下降的问题；与含铝聚硅氮烷 有机先驱体聚合物制备Si-Al-N-0纤维相比，避免了材料不耐水、空气，容易分解的问题， 制备工艺和设备简单，成本低，易于实现含铝连续氮化硅纤维的工业化批量生产。【附图说明】 图1为含铝连续氮化硅纤维的SEM微观形貌图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能 够被本领域技术人员更好地理解，并对本专利技术的保护范围做出更清楚的界定。 实施例1 聚铝碳硅烷纤维经180°C空气不熔化处处理，可制得不熔化程度为65%的不熔 化含铝聚碳硅烷纤维。将含铝不熔化聚碳硅烷纤维置于高温烧结炉内，通入纯氮气，按 270°C/h的速度升温，氮气流量为10L/min。在200°C开始，通入氨气，按120°C/min的速率 升温到800°C，保温lh，氨气流量为5L/min。然后在高纯氮气保护下，以300°C/min的速率 继续升温，到1500°C完成高温条件下烧成，氮气流量为15L/min。从图1中可以看出，制得 51414-0纤维直径为12.311111，强度为1.406? &，铝含量为0.9%，15001：空气中处理111后 强度保留率为65%。 实施例2 将按实施例1方法制备的含铝不熔化聚碳硅烷纤维置于高温烧结炉内，通入氮 气，按250°C/h的速度升温，氮气流量为10L/min。在300°C开始，通入氨气和氮气混合气 体，按150°C/min的速率升温到800°C，保温2h，氨气体积浓度为50%，流量为8L/min。然 后在高纯氮气保护下，以300°C/min的速率继续升温，到1450°C完成高温条件下烧成，氮 气流量为20L/min，制得Si-Al-N-0纤维直径为11. 9um，强度为1. 44GPa，铝含量为0. 7%， 1500°C空气中处理lh后强度保留率为69%。 实施例3 将按实施例1方法制备的含铝不熔化聚碳硅烷纤维置于高温烧结炉内，通入氮 气，按300°C/h的速度升温，氮气流量为10L/min。在400°C开始，通入氨气和氩气混合气体， 按100°C/min的速率升温到800°C，保温1. 5h，氨气体积浓度为30%，流量为5L/min。然 后在高纯氮气保护下，以300°C/min的速率继续升温，到1400°C完成高温条件下烧成，氮气 流量为15L/min，制得Si-Al-N-0纤维直径为11. 5um，强度为1. 53GPa的，铝含量为0. 8%， 1500°C空气中处理lh后强度保留率为51%。 实施例4 将按实施例1方法制备的含铝不熔化聚碳硅烷纤维置于高温烧结炉内，通入氮 气，按200°C/h的速度升温，氮气流量为15L/min。在200°C开始，通入氨气和氮气混合气 体，按180°C/min的速率升温到800°C，保温lh，氨气体积浓度为70%，流量为10L/min。然 后在高纯氮气保护下，以〇. 6m/min的速度通入到1450°C的高温烧结炉内，氮气流量为20L/ min，制得Si-Al-N-0纤维直径为10. 9um，强度为1.56GPa的，铝含量为1. 1%，1500°C空气 中处理lh后强度保留率为68%。 实施例5 将按实施例1方法制备的含铝不熔化聚碳硅烷纤维置于高温烧结炉内，通入氮 气，按220°C/h的速度升温，氮气流量为10L/min。在300°C开始，通入氨气和氩气混合气体， 按150°C/min的速率升温到950°C，保温lh，氨气体积浓度为40%，流量为10L/min。然后 在高纯氮气保护下，以〇. 8m/本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含铝连续氮化硅纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)含铝聚碳硅烷纤维经过空气不熔化处理制备含铝不熔化聚碳硅烷纤维；(2)将含铝不熔化聚碳硅烷纤维置于高温烧结炉内，通入高纯氮气，按照100‑300℃/h的升温速度升温至200‑400℃，停止通入高纯氨气，再通入高纯氨气，或氨气与氮气的混合气体，或氨气与氩气的混合气体，继续按100‑200℃/h的速度升温至800‑1000℃，保温1‑2h进行氮化处理，所述氨气与氮气的混合气氛，或所述氨气与氩气的混合气氛中，所述氨气所占体积浓度≥20％；(3)停止通入高纯氨气，或氨气与氮气的混合气体，或氨气与氩气的混合气体，改通高纯氮气或高纯氩气，将氮化处理后的纤维在1300‑1500℃高温烧结，即得含铝连续氮化硅纤维。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯春祥，马小民，董伯举，陈虎，田西锋，李凯娜，
申请(专利权)人：苏州工业园区高性能陶瓷纤维工程中心有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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