熱處理對(duì)含鐵碳化硅纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響.pdf

1、以低分子量聚碳硅烷（Low-molecular weight polycarbosilane，LPCS）與羰基鐵Fe(CO)5為原料制得含鐵高聚物，然后與高分子量聚碳硅烷(High-molecularweight polycarbosilane，HPCS)共混制備含鐵聚碳硅烷先驅(qū)體(Fe-PCS)，經(jīng)熔融紡絲、氧化交聯(lián)、裂解最終得到含鐵SiC纖維。通過(guò)放大合成實(shí)驗(yàn)，制備了鐵含量（基于先驅(qū)體質(zhì)量）分別為0wt％、1wt％、2wt％的三種含

2、鐵SiC纖維，將此三種纖維分別在700℃、900℃、1100℃下保溫10h、100h，研究熱處理?xiàng)l件對(duì)纖維的結(jié)構(gòu)與性能的影響。
　　研究表明，鐵的引入會(huì)使PCS的可紡性變差。含1％Fe的PCS先驅(qū)體紡絲性能較好，通過(guò)調(diào)節(jié)合成條件，2％Fe先驅(qū)體原料可滿足連續(xù)紡絲要求。隨著Fe含量增加，SiC的晶粒尺寸增大，纖維中SiC的結(jié)晶度顯著提高，說(shuō)明納米級(jí)Fe顆粒的引入顯著地促進(jìn)了β-SiC晶粒的生長(zhǎng)，使熱處理?xiàng)l件變得溫和。Fe-0纖維經(jīng)過(guò)

3、～1100℃/100h熱處理，F(xiàn)e-1纖維經(jīng)過(guò)900℃/10h熱處理均可有效提高碳化硅的結(jié)晶度，達(dá)到調(diào)節(jié)電阻率的目的。
　　900℃以下熱處理可促進(jìn)纖維的有機(jī)-陶瓷化轉(zhuǎn)變，提高纖維的彈性模量和強(qiáng)度;但1100℃會(huì)使得SiC晶粒粗化，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。因此900℃熱處理后纖維強(qiáng)度達(dá)到最大值。
　　鐵促進(jìn)纖維中SiCxOy相的高溫分解，導(dǎo)致無(wú)定型碳含量增加，但鐵同時(shí)也促進(jìn)無(wú)定型碳的結(jié)晶，使有序碳含量增加。在不同熱處理溫度、時(shí)間及Fe

4、含量下，這兩種趨勢(shì)相互競(jìng)爭(zhēng)，可通過(guò)改變這些參數(shù)對(duì)纖維中碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　熱處理可以改變含鐵SiC纖維的微觀結(jié)構(gòu)，從而顯著地改變纖維的電阻率。在本實(shí)驗(yàn)設(shè)定的Fe含量(0％～2％)跨度及熱處理?xiàng)l件下，SiC纖維電阻率可實(shí)現(xiàn)跨越約4個(gè)數(shù)量級(jí)的變化(6.75Ω·cm～3.8×104Ω·cm)。相關(guān)性分析表明氧含量對(duì)電阻率的影響最大，其次為Fe含量及SiC結(jié)晶度，而碳的石墨化度對(duì)電阻率影響最小，它們與電阻率的相關(guān)系數(shù)分別為0.71、-0