專利名稱：一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高溫陶瓷前驅(qū)體纖維的制備領域，特別涉及一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法。
背景技術：
目前許多方面尤其是在國防、航空航天等領域?qū)Σ牧系母邚?、耐高溫、抗氧化、抗磨損等性能提出了很高的要求，在飛行器的一些關鍵部位尤其需要開發(fā)出新的高性能的材料。高性能陶瓷纖維由于具有極為優(yōu)良的性能，故應用很廣泛。硼化鋯(ZrB2)具有較高的硬度、模量、熱導率等優(yōu)點，同時密度低，耐熱震性好，電阻小，熔點可達3000°C以上，而且化學鍵極強，有良好的化學穩(wěn)定性，可滿足一系列苛刻的 要求，在超高溫應用領域極具潛力。ZrB2陶瓷制品已廣泛用作各種高溫結構及功能材料，如航空工業(yè)中的渦輪葉片、磁流體發(fā)電電極等。另外，與許多陶瓷材料相比，它具有較好的導電性能，可通過線切割技術生產(chǎn)形狀復雜的部件。硼化鋯陶瓷有許多的應用，另外，硼化鋯陶瓷纖維的作用也很大，通過往基體中加入硼化鋯陶瓷纖維制得復合材料，可以使材料的耐火性能、強度、硬度等性能得到極大地提高。硼化鋯的制備主要有四種方法金屬鋯和硼直接反應；碳化硼法；碳還原法；氣相沉積法。目前關于硼化鋯的研究主要集中在粉末、陶瓷方面，有關直接制備硼化鋯陶瓷纖維的研究目前還沒有報道。近年來，人們發(fā)現(xiàn)溶膠一凝膠法可以制備出無機纖維，這對制備硼化鋯纖維提供了一種方法。李運濤等(李運濤，陶雪鈺，邱文豐.化學研究，2010, 21 (4) :27-29.)采用液相前驅(qū)體法制備ZrB2陶瓷，以聚乙酰丙酮鋯(PZO)、硼酸、酚醛樹脂為原料制備得到ZrB2液相前驅(qū)體，該前驅(qū)體是化學組成均勻穩(wěn)定的溶液，加工性好，便于浸潰，可以和纖維很好地復合。東華大學余木火等(SUN Zeyu, HAN Keqing, WANGXuefeng, PENG yuqing, YU muhuo, Proceedings of 2011 International Conference onAdvanced Fibers and Polymer Materials. 2011，8:264-266.)以八水合氧氯化錯、硼酸、蔗糖、檸檬酸為原料，以聚乙烯醇為紡絲助劑，通過靜電紡絲并燒結制備出納米ZrB2陶瓷纖維。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法，該方法操作簡單，所制得的紡絲液均勻，可紡性好，可制得連續(xù)均勻通過該方法可以制得連續(xù)均勻的公斤級ZrB2陶瓷前驅(qū)體纖維。本發(fā)明的一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法，包括( I)將配置好的硼化鋯前驅(qū)體溶液調(diào)節(jié)pH值為Γ5，然后與聚乙烯醇溶液混合，再加入表面活性劑，經(jīng)濃縮、脫泡后，得到硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維紡絲液；(2)采用上述硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維紡絲液在l_50MPa下經(jīng)過計量泵、紡絲箱體、噴絲板進行連續(xù)紡絲，最后通過紡絲甬道干燥成型并卷繞，即得連續(xù)均勻的公斤級硼化鋯前驅(qū)體纖維。所述步驟(I)中的硼化鋯前驅(qū)體溶液的制備方法包括將ZrOCl2 · 8H20的水溶液加入到硼酸水溶液中，再加入蔗糖水溶液，檸檬酸水溶液，混合均勻即可。具體參見中國發(fā)明專利CN 102351539A,
公開日2012年2月15日。所述步驟(I)中的表面活性劑為十_■燒基苯橫酸納、十_■燒基硫酸納、十_■燒基憐酸鉀、山梨醇酐單月桂酸酯中的一種。所述步驟(I)中所述的脫泡采用靜置、真空或者螺桿擠壓脫泡，脫泡溫度為20^75 0C ο 所述步驟(2)中所述的紡絲箱體溫度在2(T70°C。所述步驟(2)中所述的噴絲板孔數(shù)在5(Γ3000孔之間，孔徑為O.噴絲孔長徑比在I: I 10:1之間。所述步驟(2)中所述的紡絲甬道溫度為8(Tl8(TC。所述步驟(2)中所述的紡絲甬道長度為O. 5 10m。所述步驟(2)中所述的絲條卷繞速度為10(Tl000m/min。本發(fā)明的技術原理以無機鹽為主要原料，并通過加入高分子量紡絲助劑改善紡絲性能，得到均勻穩(wěn)定且具有良好可紡性的前驅(qū)體紡絲液，通過連續(xù)干法紡絲技術得到硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維。有益效果(I)本發(fā)明所制得的紡絲液均勻，可紡性好；(2)本發(fā)明采用干法紡絲設備，可制得連續(xù)均勻的公斤級硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維。
具體實施例方式下面結合具體實施例進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例I反應釜內(nèi)加入配置好的硼化鋯前驅(qū)體溶液(200. 5g ZrOCl2 · 8Η20，60· 2g硼酸，90. 2g蔗糖，520. 5g檸檬酸經(jīng)過適當?shù)姆磻频?，調(diào)節(jié)pH值為4. 5，加入O. 9Kg聚乙烯醇溶液，并加入8. 857g十二烷基苯磺酸鈉，混合均勻，濃縮，真空脫泡，得到硼化鋯陶瓷纖維前驅(qū)體紡絲液；控制紡絲箱體溫度為55°C，紡絲壓力5MPa，噴絲板孔徑O. 2mm，長徑比3:1，孔數(shù)300，設置紡絲甬道溫度130°C，甬道8m，卷繞速度250m/min，可得到連續(xù)均勻的硼化鋯陶瓷的纖維前驅(qū)體。實施例2反應釜內(nèi)加入配置好的硼化鋯前驅(qū)體溶液(200. 5g ZrOCl2 · 8Η20，60· 2g硼酸，90. 2g蔗糖，520. 5g檸檬酸經(jīng)過適當?shù)姆磻频?，調(diào)節(jié)pH值為4. 5，加入O. 9Kg聚乙烯醇溶液，并加入8. 857g十二烷基苯磺酸鈉，混合均勻，濃縮，真空脫泡，得到硼化鋯陶瓷纖維前驅(qū)體紡絲液；控制紡絲箱體溫度為55°C，紡絲壓力8MPa，噴絲板孔徑O. 2mm，長徑比3:1，孔數(shù)300，設置紡絲甬道溫度150°C，甬道6m，卷繞速度300m/min，可得到均勻良好的硼化鋯陶瓷纖維前驅(qū)體。實施例3反應釜內(nèi)加入配置好的硼化鋯前驅(qū)體溶液(200. 5g ZrOCl2 · 8Η20，60· 2g硼酸，90. 2g蔗糖，520. 5g檸檬酸經(jīng)過適當?shù)姆磻频?，調(diào)節(jié)pH值為4. 5，加入O. 9Kg聚乙烯醇溶液，并加入8. 857g十二烷基苯磺酸鈉，混合均勻，濃縮，靜置脫泡，得到硼化鋯陶瓷纖維前驅(qū)體紡絲液；控制紡絲箱體溫度為50°C，紡絲壓力lOMPa。噴絲板孔徑O. 3mm,長徑比4:1，孔數(shù)200，設置紡絲甬道溫度150°C，甬道8m，卷繞速度380m/min，可得到均勻良好的硼化鋯陶瓷纖維前驅(qū)體。實施例4
反應釜內(nèi)加入配置好的硼化鋯前驅(qū)體溶液(200. 5g ZrOCl2 · 8Η20，60· 2g硼酸，90. 2g蔗糖，520. 5g檸檬酸經(jīng)過適當?shù)姆磻频?，調(diào)節(jié)PH值為4. 5，加入O. 9Kg聚乙烯醇溶液，并加入8. 857g十二烷基苯磺酸鈉，混合均勻，濃縮，靜置脫泡，得到硼化鋯陶瓷纖維前驅(qū)體紡絲液；控制紡絲箱體溫度為50°C，紡絲壓力lOMPa。噴絲板孔徑O. 3mm,長徑比4:1，孔數(shù)300，，設置紡絲甬道溫度150°C，甬道8m，卷繞速度450m/min，可得到均勻良好的硼化鋯陶瓷纖維前驅(qū)體。
權利要求
1.一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法，包括 (1)將配置好的硼化鋯前驅(qū)體溶液調(diào)節(jié)pH值為Γ5，然后與聚乙烯醇溶液混合，再加入表面活性劑，經(jīng)濃縮、脫泡，得到硼化鋯陶瓷纖維前驅(qū)體紡絲液； (2)采用上述硼化鋯陶瓷纖維前驅(qū)體紡絲液在l_50MPa下經(jīng)過計量泵、紡絲箱體、噴絲板進行連續(xù)紡絲，最后通過紡絲甬道干燥成型并卷繞，即可。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法，其特征在于所述步驟(I)中的硼化鋯前驅(qū)體溶液的制備方法包括將ZrOCl2 · SH2O的水溶液加入到硼酸水溶液中，再加入蔗糖水溶液，檸檬酸水溶液，混合均勻即可。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法，其特征在于所述步驟(I)中的表面活性劑為十_■燒基苯橫酸納、十_■燒基硫酸納、十_■燒基憐酸鐘、山梨醇酐單月桂酸酯中的一種。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法，其特征在于所述步驟(I)中的脫泡采用靜置、真空或者螺桿擠壓脫泡，脫泡溫度為2(T75°C。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法，其特征在于所述步驟(2)中的紡絲箱體溫度為2(T70°C。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法，其特征在于所述步驟(2)中的噴絲板孔數(shù)在5(Γ3000孔之間，孔徑為O. I-Imm,噴絲孔長徑比在I: I 10:1之間。
7.根據(jù)權利要求I所述的一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法，其特征在于所述步驟(2)中的紡絲甬道溫度為8(T18(TC。
8.根據(jù)權利要求I所述的一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法，其特征在于所述步驟(2)中的紡絲甬道長度為O. 5 10m。
9.根據(jù)權利要求I所述的一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法，其特征在于所述步驟(2)中的絲條卷繞速度為10(Tl000m/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備連續(xù)硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維的方法，包括(1)將配置好的硼化鋯前驅(qū)體溶液調(diào)節(jié)pH值為4~5，與聚乙烯醇溶液混合后，加入表面活性劑，經(jīng)濃縮、脫泡，得到硼化鋯陶瓷纖維前驅(qū)體紡絲液；(2)采用上述硼化鋯陶瓷纖維前驅(qū)體紡絲液在1-50MPa下經(jīng)過計量泵、紡絲箱體、噴絲板進行連續(xù)紡絲，最后通過紡絲甬道干燥成型并卷繞，即可。本發(fā)明的制備方法簡單，所制得的紡絲液均勻，可紡性好；本發(fā)明采用干法紡絲設備，可制得連續(xù)均勻的公斤級硼化鋯陶瓷前驅(qū)體纖維。
文檔編號C04B35/58GK102786305SQ20121025334
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權日2012年7月20日
發(fā)明者余木火, 劉振全, 唐彬彬, 孫澤玉, 張靖, 牟世偉, 胡建建, 賈軍, 邱顯星, 韓克清 申請人:東華大學