專利名稱：一種超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
T. Ishikawaj H. Yamaokaj Y. Haradaj T. Fujii and Τ. Nagasawa. A general process for in situ formation of functional surface layers on ceramics[J]. Nature, 2002，416: 64-67.公開了采用先驅(qū)體原位轉(zhuǎn)化法，以聚碳硅烷為原料，與低分 子添加物鋯酸四丁酯合成先驅(qū)體，再經(jīng)過熔融紡絲制得連續(xù)聚碳硅烷/鋯酸四丁酯纖維， 將該纖維置于空氣中進行不熔化處理得到不熔化纖維，將不熔化纖維置于高溫爐中惰性氣 氛保護下進行高溫?zé)桑频醚趸?碳化硅徑向梯度分布纖維。這種纖維具有高強度、 高耐溫性、高抗氧化性等優(yōu)點；但是這種熔融紡絲法制備的纖維直徑仍較大，尤其是采用熔 融紡絲制備氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維，需要制備聚碳硅烷/鋯酸四丁酯先驅(qū)體， 其可紡性受鋯酸四丁酯含量及其分散性等因素影響制約。此外，由于聚碳硅烷(軟化點為 20(T22(TC)常溫下為固體、鋯酸四丁酯(沸點為310°C)常溫下為液體，在制備先驅(qū)體時蒸餾 過程也難于控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的制備方法。 以實現(xiàn)制備出梯度分布纖維性能更好、直徑達(dá)到超細(xì)水平，并具有吸收遠(yuǎn)紅外的特性。本發(fā)明的技術(shù)方案是將聚碳硅烷和鋯酸四丁酯共溶于二甲苯中，通過靜電紡絲 得到原纖維，然后經(jīng)過熟化熱處理、空氣預(yù)氧化、高溫?zé)桑罱K得到超細(xì)氧化鋯/碳化硅 徑向梯度纖維。纖維直徑大小通過靜電紡絲的工藝條件進行控制。本發(fā)明包括以下步驟
(1)配制紡絲溶液以聚碳硅烷和鋯酸四丁酯按質(zhì)量比為1廣9 1，以二甲苯為溶 劑，配制聚碳硅烷/鋯酸四丁酯溶液，并用超聲分散30分鐘；
(2)靜電紡絲紡絲條件是針頭內(nèi)徑為0.5^1. 5mm,電壓為12 30kV，收絲距離為 15 25cm，供料速率為1(Γ50μ Ι/min，鋁箔收絲，制得聚碳硅烷/鋯酸四丁酯原纖維；
(3)熟化熱處理將上述原纖維置于烘箱中，在空氣下在8(T12(TC保溫3(Γ120小時，得 到聚碳硅烷/鋯酸四丁酯熟化纖維；
(4)空氣預(yù)氧化將上述熟化纖維置于氧化爐中，在氧化性氣氛中按照15 25°C/h升 溫，并在19(T220°C保溫0. 5^1. 5小時，冷卻至室溫后得到不熔化聚碳硅烷/鋯酸四丁酯纖 維；
(5)高溫?zé)蓪⑸鲜霾蝗刍w維置于高純氬氣保護下的高溫爐中，升溫至 120(Tl45(rC，并在該溫度下保溫1小時，得到超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維。所述聚碳硅烷是軟化點為20(T220°C的固體。所述鋯酸四丁酯是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8(Γ90%的鋯酸四丁酯的正丁醇溶液。
所述聚碳硅烷與正丁醇和二甲苯的混合溶劑比為1 廣1.4 lg/ml。本發(fā)明采用二甲苯作溶劑，由于聚碳硅烷和鋯酸四丁酯在二甲苯中的溶解性比較 好，紡絲液的配制比較簡單，且溶液的可紡性好；用靜電紡絲取代了傳統(tǒng)的熔融紡絲工藝， 它打破了傳統(tǒng)的涂層觀念，在纖維制備的前期的先驅(qū)體引入低分子添加物，然后在后期的 預(yù)氧化、燒成定型。纖維以碳化硅為基體、表面層為氧化鋯且沿徑向含量遞減，直徑小、比表 面積大。


圖1為實施例1制備的超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的掃描電鏡照片； 圖2為實施例1制備的超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維表面的能譜測試位置
圖3為實施例1制備的超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維截面的能譜測試位置圖。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1
(1)配制紡絲溶液將聚碳硅烷固體(軟化點為20(T22(TC)和85%鋯酸四丁酯的正丁 醇溶液按照聚碳硅烷與鋯酸四丁酯的質(zhì)量比為4 1共溶于二甲苯中，按聚碳硅烷和溶劑 (二甲苯和正丁醇)比為1.1 lg/ml配制聚碳硅烷/鋯酸四丁酯溶液，并用超聲分散30分 鐘；
(2)靜電紡絲紡絲條件是針頭內(nèi)徑為0.8mm,電壓為15kV，收絲距離為20cm，供料速 率為20 μ Ι/min，鋁箔收絲，制得聚碳硅烷/鋯酸四丁酯原纖維；
(3)熟化熱處理將上述原纖維置于烘箱中，在空氣下80°C保溫120小時，得到聚碳硅 烷/鋯酸四丁酯熟化纖維；
(4)空氣預(yù)氧化將上述熟化纖維置于氧化爐中，在氧化性氣氛中按照20°C/h升溫，并 在210°C保溫1小時，冷卻至室溫后得到不熔化聚碳硅烷/鋯酸四丁酯纖維；
(5)高溫?zé)蓪⑸鲜霾蝗刍w維置于高純氬氣保護下的高溫爐中，升溫至1300°C，并 在該溫度下保溫1小時，得到超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維。其超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的掃描電鏡照片如圖1所示。從圖1可以看出，纖維呈無紡布狀態(tài)分布，表面平整。將圖2中的測試位置1和2進行能譜分析，其元素組成分別列于表1和表2。
權(quán)利要求
一種超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)配制紡絲溶液以聚碳硅烷和鋯酸四丁酯按質(zhì)量比為1∶1~9∶1，以二甲苯為溶劑，配制聚碳硅烷/鋯酸四丁酯溶液，并用超聲分散30分鐘； (2)靜電紡絲紡絲條件是針頭內(nèi)徑為0.5~1.5mm，電壓為12~30kV，收絲距離為15~25cm，供料速率為10~50μl/min，鋁箔收絲，制得聚碳硅烷/鋯酸四丁酯原纖維；(3)熟化熱處理將上述原纖維置于烘箱中，在空氣下在80~120℃保溫30~120小時，得到聚碳硅烷/鋯酸四丁酯熟化纖維；(4)空氣預(yù)氧化將上述熟化纖維置于氧化爐中，在氧化性氣氛中按照15~25℃/h升溫，并在190~220℃保溫0.5~1.5小時，冷卻至室溫后得到不熔化聚碳硅烷/鋯酸四丁酯纖維；(5)高溫?zé)蓪⑸鲜霾蝗刍w維置于高純氬氣保護下的高溫爐中，升溫至1200~1450℃，并在該溫度下保溫1小時，得到超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的制備方法，其特征 在于，所述聚碳硅烷是軟化點為20(T220°C的固體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的制備方法，其特征 在于，所述鋯酸四丁酯是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80、0%的鋯酸四丁酯的正丁醇溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的制備方法，其特征 在于，所述聚碳硅烷與正丁醇和二甲苯的混合溶劑比為1 廣1.4 lg/ml。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維的制備方法。包括以聚碳硅烷和鋯酸四丁酯按質(zhì)量比為1∶1~9∶1，以二甲苯為溶劑，配制聚碳硅烷/鋯酸四丁酯溶液進行靜電紡絲，制得聚碳硅烷/鋯酸四丁酯原纖維；將原纖維置于烘箱中，在空氣下80~120℃保溫120~30小時，得到聚碳硅烷/鋯酸四丁酯熟化纖維；將熟化纖維進行空氣預(yù)氧化、高溫?zé)?，最終得到超細(xì)氧化鋯/碳化硅徑向梯度分布纖維。本發(fā)明以碳化硅為基體、表面層為氧化鋯且沿徑向含量遞減，直徑小、比表面積大；靜電紡絲在室溫下進行，條件溫和、可紡性好。
文檔編號D01D10/00GK101949073SQ20101025023
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者王軍, 王應(yīng)德, 王浩, 藍(lán)新艷, 鄭德釧 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)