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          寧波材料所在碳化硅先驅體制備技術方面取得進展

          發布日期:2016-01-11  瀏覽次數:   文章來源:銳石公司

          導讀: 碳化硅(SiC)纖維是繼碳纖維之后開發的一種高性能陶瓷纖維,它具有高強度、高模量、耐化學腐蝕、耐高溫、抗氧化、抗蠕變等性能。在
                  碳化硅(SiC)纖維是繼碳纖維之后開發的一種高性能陶瓷纖維,它具有高強度、高模量、耐化學腐蝕、耐高溫、抗氧化、抗蠕變等性能。在應用方面,SiC纖維與陶瓷基體具有良好的兼容性,是重要的高性能陶瓷基復合材料的增強體。目前,SiC纖維增強的陶瓷基復合材料已被應用于航空航天發動機的耐熱部件、可重復使用的運載器的熱防護材料、高超音速運輸推進系統、原子核反應堆材料等。此外,其還在高溫燒結爐用的加熱棒、冶金高溫碳套、高速剎車盤、燃汽輪機熱端部件、高溫氣體過濾和熱交換器等領域具有應用價值。
            
            SiC纖維的制備方法有:有機先驅體轉化法、化學氣相沉積法、超細微粉燒結法和活性碳纖維轉化法等。有機先驅體轉化法是以有機聚合物為先驅體,利用其可溶或可熔等性質實現成型后,經高溫處理,使之從有機物轉變為無機陶瓷材料的方法。與其它方法相比,有機先驅體轉化法制備SiC纖維具有顯著的優點,包括:(1)通過分子設計,可控制有機先驅體的組成,從而獲得具有不同功能的SiC纖維或改善SiC纖維的性能;(2)易成型,適于制備細直徑的連續SiC纖維;(3)生產效率較高和成本較低。日本和美國基于有機先驅體轉化法研制SiC纖維的實力處于國際領先地位,主要有日本Nippon Carbon公司開發的Nicalon系列SiC纖維、日本Ube Industries公司開發的Tyranno系列SiC纖維和美國COI ceramics公司開發的Sylramic系列SiC纖維。
            
            上世紀70年代末,我國開始基于有機先驅體轉化法研制自己的SiC纖維。但是,與國際上高性能SiC纖維的技術指標相比,當前仍存在不小的差距。在產量方面,據不完全統計,當前,全球連續SiC纖維的總產量達300噸,產量最大的是日本Nippon Carbon公司和Ube Industries公司,均達到120噸/年,而我國的產量約占全球的1%,連國內市場都無法滿足,進而嚴重影響到我國在SiC纖維增強的陶瓷基復合材料的研制。因此,對我國而言,高性能SiC纖維及其增強的陶瓷基復合材料的制備與量產化迫在眉睫。鑒于SiC纖維及其增強的陶瓷基復合材料在核能和航空航天等高技術領域的戰略性地位,美國和日本對它們實行壟斷政策,并對我國進行技術封鎖。為了促進我國核能、航空航天等重要領域的發展,必須加快高性能SiC纖維及其增強的陶瓷基復合材料的研制步伐。在此背景下,中科院寧波材料所特種纖維事業部、特種纖維與核能材料工程實驗室開展了SiC纖維和SiC纖維增強SiC陶瓷基復合材料關鍵制備技術的研制工作。該項工作獲得國家自然科學基金重大研究計劃項目、中科院先導項目等的支持。
            
            SiC有機先驅體是影響SiC纖維和SiC纖維增強的SiC陶瓷基復合材料的制備工藝與性能的關鍵因素之一,在2015年,在SiC有機先驅體制備方面,項目組取得了以下成績:
            
            1、成功制備出聚硅烷(PMS):為了解決PMS來源困難的問題,項目組開展了PMS的研制工作。在2個半月的時間內,完成反應條件探索、中試設備采購和成功制備出公斤級且品質合格的PMS,滿足了項目運行對原料的需求,并且形成了可工程化制備的技術。
            
            2、利用PMS成功合成聚碳硅烷(PCS):PCS是SiC纖維重要的有機先驅體,通過摸索工藝條件對PCS的分子量大小及分布、軟化點和可紡性等影響規律的研究;設計制造了PCS中試合成裝置,在安裝、調試過程中解決了設備配置和溫度控制等問題;目前,項目組利用中試合成裝置制備出公斤級可紡性良好的PCS,并成功紡出連續長度超過2萬米的SiC纖維原絲。
            
            3、解決某種液態超支化聚碳硅烷(LHBPCS)的制備技術:LHBPCS作為SiC陶瓷基體的先驅體,因具有流動性好、可自交聯、陶瓷產率高以及熱解產物接近SiC化學計量比等優點而備受關注。項目組成功合成了某種LHBPCS,目前正在進行中試放大合成。
            
            項目組在SiC纖維有機先驅體及SiC陶瓷基體有機先驅體的成果為下一步SiC纖維的工程化制備及SiC纖維增強的SiC陶瓷基復合材料的制備和研究奠定了堅實的基礎。

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          原料:礬土生礦石
          設備:礬土窯、冶煉爐、制砂生產線、磁選設備、磨粉機、化驗設備
          成品:耐火原料和磨料兩個系列
          規格:骨料:0-1,1-3,3-5,5-8
          磨料:F12-F1200
          原理:生礬土礦經過礬土窯燒制為熟礬土,經過電弧爐通電冶煉成為剛玉原塊,再經破碎設備破碎制成砂子,通過磨粉機和磁選設備進行成品加工。

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