本发明专利技术公开了一种超细氧化锆／碳化硅径向梯度分布纤维的制备方法。包括以聚碳硅烷和锆酸四丁酯按质量比为１∶１～９∶１，以二甲苯为溶剂，配制聚碳硅烷／锆酸四丁酯溶液进行静电纺丝，制得聚碳硅烷／锆酸四丁酯原纤维；将原纤维置于烘箱中，在空气下８０～１２０℃保温１２０～３０小时，得到聚碳硅烷／锆酸四丁酯熟化纤维；将熟化纤维进行空气预氧化、高温烧成，最终得到超细氧化锆／碳化硅径向梯度分布纤维。本发明专利技术以碳化硅为基体、表面层为氧化锆且沿径向含量递减，直径小、比表面积大；静电纺丝在室温下进行，条件温和、可纺性好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
T. Ishikawaj H. Yamaokaj Y. Haradaj T. Fujii and Τ. Nagasawa. A general process for in situ formation of functional surface layers on ceramics. Nature, 2002，416: 64-67.公开了采用先驱体原位转化法，以聚碳硅烷为原料，与低分 子添加物锆酸四丁酯合成先驱体，再经过熔融纺丝制得连续聚碳硅烷/锆酸四丁酯纤维， 将该纤维置于空气中进行不熔化处理得到不熔化纤维，将不熔化纤维置于高温炉中惰性气 氛保护下进行高温烧成，制得氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维。这种纤维具有高强度、 高耐温性、高抗氧化性等优点；但是这种熔融纺丝法制备的纤维直径仍较大，尤其是采用熔 融纺丝制备氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维，需要制备聚碳硅烷/锆酸四丁酯先驱体， 其可纺性受锆酸四丁酯含量及其分散性等因素影响制约。此外，由于聚碳硅烷(软化点为 20(T22(TC)常温下为固体、锆酸四丁酯(沸点为310°C)常温下为液体，在制备先驱体时蒸馏 过程也难于控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。 以实现制备出梯度分布纤维性能更好、直径达到超细水平，并具有吸收远红外的特性。本专利技术的技术方案是将聚碳硅烷和锆酸四丁酯共溶于二甲苯中，通过静电纺丝 得到原纤维，然后经过熟化热处理、空气预氧化、高温烧成，最终得到超细氧化锆/碳化硅 径向梯度纤维。纤维直径大小通过静电纺丝的工艺条件进行控制。本专利技术包括以下步骤(1)配制纺丝溶液以聚碳硅烷和锆酸四丁酯按质量比为1广9 1，以二甲苯为溶 剂，配制聚碳硅烷/锆酸四丁酯溶液，并用超声分散30分钟；(2)静电纺丝纺丝条件是针头内径为0.5^1. 5mm,电压为12 30kV，收丝距离为 15 25cm，供料速率为1(Γ50μ Ι/min，铝箔收丝，制得聚碳硅烷/锆酸四丁酯原纤维；(3)熟化热处理将上述原纤维置于烘箱中，在空气下在8(T12(TC保温3(Γ120小时，得 到聚碳硅烷/锆酸四丁酯熟化纤维；(4)空气预氧化将上述熟化纤维置于氧化炉中，在氧化性气氛中按照15 25°C/h升 温，并在19(T220°C保温0. 5^1. 5小时，冷却至室温后得到不熔化聚碳硅烷/锆酸四丁酯纤 维；(5)高温烧成将上述不熔化纤维置于高纯氩气保护下的高温炉中，升温至 120(Tl45(rC，并在该温度下保温1小时，得到超细氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维。所述聚碳硅烷是软化点为20(T220°C的固体。所述锆酸四丁酯是质量分数为8(Γ90%的锆酸四丁酯的正丁醇溶液。所述聚碳硅烷与正丁醇和二甲苯的混合溶剂比为1 广1.4 lg/ml。本专利技术采用二甲苯作溶剂，由于聚碳硅烷和锆酸四丁酯在二甲苯中的溶解性比较 好，纺丝液的配制比较简单，且溶液的可纺性好；用静电纺丝取代了传统的熔融纺丝工艺， 它打破了传统的涂层观念，在纤维制备的前期的先驱体引入低分子添加物，然后在后期的 预氧化、烧成定型。纤维以碳化硅为基体、表面层为氧化锆且沿径向含量递减，直径小、比表 面积大。附图说明图1为实施例1制备的超细氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维的扫描电镜照片； 图2为实施例1制备的超细氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维表面的能谱测试位置图3为实施例1制备的超细氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维截面的能谱测试位置图。具体实施例方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1(1)配制纺丝溶液将聚碳硅烷固体(软化点为20(T22(TC)和85%锆酸四丁酯的正丁 醇溶液按照聚碳硅烷与锆酸四丁酯的质量比为4 1共溶于二甲苯中，按聚碳硅烷和溶剂 (二甲苯和正丁醇)比为1.1 lg/ml配制聚碳硅烷/锆酸四丁酯溶液，并用超声分散30分 钟；(2)静电纺丝纺丝条件是针头内径为0.8mm,电压为15kV，收丝距离为20cm，供料速 率为20 μ Ι/min，铝箔收丝，制得聚碳硅烷/锆酸四丁酯原纤维；(3)熟化热处理将上述原纤维置于烘箱中，在空气下80°C保温120小时，得到聚碳硅 烷/锆酸四丁酯熟化纤维；(4)空气预氧化将上述熟化纤维置于氧化炉中，在氧化性气氛中按照20°C/h升温，并 在210°C保温1小时，冷却至室温后得到不熔化聚碳硅烷/锆酸四丁酯纤维；(5)高温烧成将上述不熔化纤维置于高纯氩气保护下的高温炉中，升温至1300°C，并 在该温度下保温1小时，得到超细氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维。其超细氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维的扫描电镜照片如图1所示。从图1可以看出，纤维呈无纺布状态分布，表面平整。将图2中的测试位置1和2进行能谱分析，其元素组成分别列于表1和表2。权利要求，其特征在于，包括以下步骤(1)配制纺丝溶液以聚碳硅烷和锆酸四丁酯按质量比为1∶1~9∶1，以二甲苯为溶剂，配制聚碳硅烷/锆酸四丁酯溶液，并用超声分散30分钟； (2)静电纺丝纺丝条件是针头内径为0.5~1.5mm，电压为12~30kV，收丝距离为15~25cm，供料速率为10~50μl/min，铝箔收丝，制得聚碳硅烷/锆酸四丁酯原纤维；(3)熟化热处理将上述原纤维置于烘箱中，在空气下在80~120℃保温30~120小时，得到聚碳硅烷/锆酸四丁酯熟化纤维；(4)空气预氧化将上述熟化纤维置于氧化炉中，在氧化性气氛中按照15~25℃/h升温，并在190~220℃保温0.5~1.5小时，冷却至室温后得到不熔化聚碳硅烷/锆酸四丁酯纤维；(5)高温烧成将上述不熔化纤维置于高纯氩气保护下的高温炉中，升温至1200~1450℃，并在该温度下保温1小时，得到超细氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维。2.根据权利要求1所述的超细氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维的制备方法，其特征 在于，所述聚碳硅烷是软化点为20(T220°C的固体。3.根据权利要求1所述的超细氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维的制备方法，其特征 在于，所述锆酸四丁酯是质量分数为80、0%的锆酸四丁酯的正丁醇溶液。4.根据权利要求1所述的超细氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维的制备方法，其特征 在于，所述聚碳硅烷与正丁醇和二甲苯的混合溶剂比为1 广1.4 lg/ml。全文摘要本专利技术公开了。包括以聚碳硅烷和锆酸四丁酯按质量比为1∶1~9∶1，以二甲苯为溶剂，配制聚碳硅烷/锆酸四丁酯溶液进行静电纺丝，制得聚碳硅烷/锆酸四丁酯原纤维；将原纤维置于烘箱中，在空气下80~120℃保温120~30小时，得到聚碳硅烷/锆酸四丁酯熟化纤维；将熟化纤维进行空气预氧化、高温烧成，最终得到超细氧化锆/碳化硅径向梯度分布纤维。本专利技术以碳化硅为基体、表面层为氧化锆且沿径向含量递减，直径小、比表面积大；静电纺丝在室温下进行，条件温和、可纺性好。文档编号D01D10/00GK101949073SQ20101025023公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日专利技术者王军, 王应德, 王浩, 蓝新艳, 郑德钏 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超细氧化锆／碳化硅径向梯度分布纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： （１）配制纺丝溶液：以聚碳硅烷和锆酸四丁酯按质量比为１∶１～９∶１，以二甲苯为溶剂，配制聚碳硅烷／锆酸四丁酯溶液，并用超声分散３０分钟； （２）静电纺丝：纺丝条件是：针头内径为０．５～１．５ｍｍ，电压为１２～３０ｋＶ，收丝距离为１５～２５ｃｍ，供料速率为１０～５０μｌ／ｍｉｎ，铝箔收丝，制得聚碳硅烷／锆酸四丁酯原纤维； （３）熟化热处理：将上述原纤维置于烘箱中，在空气下在８０～１２０℃保温３０～１２０小时，得到聚碳硅烷／锆酸四丁酯熟化纤维； （４）空气预氧化：将上述熟化纤维置于氧化炉中，在氧化性气氛中按照１５～２５℃／ｈ升温，并在１９０～２２０℃保温０．５～１．５小时，冷却至室温后得到不熔化聚碳硅烷／锆酸四丁酯纤维； （５）高温烧成：将上述不熔化纤维置于高纯氩气保护下的高温炉中，升温至１２００～１４５０℃，并在该温度下保温１小时，得到超细氧化锆／碳化硅径向梯度分布纤维。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王应德，郑德钏，王浩，蓝新艳，王军，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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