射線輻照聚碳硅烷先驅(qū)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(qiáng)度、高比模量、抗腐蝕、耐磨損、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，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(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法是制備連續(xù)SiC纖維的主要方法之一，主要包括先驅(qū)體聚碳硅烷（PCS）的合成、熔融紡絲、不熔化處理以及高溫?zé)傻裙ば?。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(jié)合有氧氣氛使用的方式，輻照了PCS先驅(qū)絲，使其實(shí)現(xiàn)不熔化處理，然后將其高溫?zé)峤庵苽涑?/p>

2、了SiC陶瓷纖維。 運(yùn)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(qū)絲的化學(xué)結(jié)構(gòu)、凝膠含量、分子量分布及陶瓷產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明，經(jīng)γ射線或電子束輻照的先驅(qū)絲都有相同的輻射不熔化反應(yīng)過程，都形成了Si—O—Si、Si—CH2—Si橋聯(lián)結(jié)構(gòu)：γ射線輻照時，先驅(qū)絲的凝膠點(diǎn)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(qū)絲的凝膠點(diǎn)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(diǎn)劑量后，先驅(qū)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(qū)絲時，凝膠點(diǎn)前先驅(qū)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(chǎn)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(jié)構(gòu)與性能。結(jié)果表明，兩種輻射源輻射不熔化的先驅(qū)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(jié)構(gòu)，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(qū)絲熱解制備的SiC纖維的抗拉強(qiáng)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(qū)絲時，隨吸收劑量的增加，熱解制備的SiC纖維抗拉強(qiáng)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(dá)18．7wt％；吸收劑量低于凝膠點(diǎn)劑量的先驅(qū)絲經(jīng)熱交聯(lián)處理后，熱解制備的SiC纖維抗拉強(qiáng)度高達(dá)2．3GPa，而其氧含量低于10

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