射線輻照聚碳硅烷先驅絲熱解合成碳化硅陶瓷纖維及陶瓷纖維管的研究.pdf

1、碳化硅陶瓷纖維具有高比強度、高比模量、抗腐蝕、耐磨損、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，與金屬、陶瓷及聚合物基體有良好的相容性，在航空航天、核能、兵器、船舶等領域中具有廣泛的應用前景。先驅體轉化法是制備連續(xù)SiC纖維的主要方法之一，主要包括先驅體聚碳硅烷（PCS）的合成、熔融紡絲、不熔化處理以及高溫燒成等工序。其中不熔化處理是非常重要的一環(huán)，本文采用γ射線、電子束輻照結合有氧氣氛使用的方式，輻照了PCS先驅絲，使其實現(xiàn)不熔化處理，然后將其高溫熱解制備出

2、了SiC陶瓷纖維。 運用紅外光譜分析、凝膠含量測定、分子量分布測定、熱分解特性測定等手段研究了吸收劑量對先驅絲的化學結構、凝膠含量、分子量分布及陶瓷產率的影響。結果表明，經(jīng)γ射線或電子束輻照的先驅絲都有相同的輻射不熔化反應過程，都形成了Si—O—Si、Si—CH2—Si橋聯(lián)結構：γ射線輻照時，先驅絲的凝膠點劑量在1．2MGy，滿足不熔化處理要求的劑量在3．0MGy；電子束輻照時，先驅絲的凝膠點劑量在4．0MGy，滿足不熔化處理要

3、求的劑量在7．0MGy；吸收劑量高于凝膠點劑量后，先驅絲的凝膠含量都隨吸收劑量的增加而逐漸增加；采用γ射線或電子束輻照PCS先驅絲時，凝膠點前先驅絲的分子量分布都隨吸收劑量的增加而逐漸向高分子量部分變寬：陶瓷產率都隨吸收劑量的增加而逐漸增加。 利用SEM、XRD、拉伸測試、氧含量測定等手段表征了所得SiC纖維的結構與性能。結果表明，兩種輻射源輻射不熔化的先驅絲所得的SiC纖維均具有光潔致密的表面與斷面；且纖維中都形成了β—SiC

4、微晶結構，平均晶粒尺寸比較接近，分別為9．2nm和10．5nm；電子束與γ射線輻照的先驅絲熱解制備的SiC纖維的抗拉強度與氧含量具有相同的變化趨勢。γ射線輻照不熔化處理先驅絲時，隨吸收劑量的增加，熱解制備的SiC纖維抗拉強度逐漸增加，分布在0．9GPa～2．1GPa之間，氧含量也隨吸收劑量的增加而逐漸增加，最高達18．7wt％；吸收劑量低于凝膠點劑量的先驅絲經(jīng)熱交聯(lián)處理后，熱解制備的SiC纖維抗拉強度高達2．3GPa，而其氧含量低于10

5、．4wt％。電子束輻照不熔化處理先驅絲時，隨著吸收劑量的增加，熱解制備的SiC纖維抗拉強度也逐漸增加，分布在0．3GPa～1．9GPa之間，氧含量最高達15．9wt％；吸收劑量低于凝膠點劑量的先驅絲經(jīng)熱交聯(lián)處理后熱解制備的SiC纖維抗拉強度高達2．5GPa，氧含量低于8．8wt％。 采用電子束輻照PCS先驅絲使之表面輻射氧化，輻射氧化的表面經(jīng)熱處理而實現(xiàn)表層交聯(lián)，中心未交聯(lián)的先驅絲經(jīng)四氫呋喃浸泡而形成先驅絲管，先驅絲管經(jīng)高溫燒成