一种高弹性模量的SiBN纤维及其制备方法、应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115124371A(43)申请公布日2022.09.30(21)申请号202210725382.9(22)申请日2022.06.24(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址410073湖南省长沙市开福区德雅路109号(72)发明人龙鑫邵长伟王兵王应德王小宙苟燕子韩成张晓山(74)专利代理机构长沙国科天河知识产权代理有限公司43225专利代理师陈俊好(51)Int.Cl.C04B41/80(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种高弹性模量的SiBN纤维及其制备方法、应用(57)摘要本发明公开一种高弹性模量的SiBN纤维及其制备方法、应用，该制备方法将SiBN原纤维置于裂解炉内，在流动的惰性气氛中加热，然后使用真空泵抽气降低裂解炉内的气氛压强至负压，利用高温和低压的耦合作用力，使SiBN原纤维中部分硼元素结合SiBN原纤维中的杂质氧元素而形成氧化硼，并从原纤维内部逸出；随后经过长时保温保压，诱导原纤维的致密化，从而提高SiBN纤维的弹性模量。本发明提供的制备方法具有操作简单、易于实现的明显优势，制备得到的SiBN纤维弹性模量可达210GPa以上，明显高于现有SiBN纤维。高弹性模量有利于SiBN纤维增强复合材料的承载应力传递，以有效提高复合材料的力学强度和刚度。CN115124371ACN115124371A权利要求书1/1页1.一种高弹性模量的SiBN纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将SiBN原纤维置于裂解炉内，用惰性气氛置换裂解炉内空气，然后在流动的惰性气氛中升温至设定温度；S2：保持裂解炉内温度在设定温度下，同时关闭惰性气氛进气阀和出气阀，利用真空泵抽气以使裂解炉内为负压环境，保温保压，随炉冷却，得到SiBN纤维。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述设定温度为1500～1700℃。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述升温的速率为1～10℃/min。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述SiBN原纤维为直径10～15μm的连续陶瓷纤维，组成元素为56～60wt％硅、3～7wt％硼和34～38wt％氮，含有1～3wt％的氧元素杂质。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述惰性气氛的流量为1～100ml/(min·g)。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述惰性气氛为氮气或者氩气。7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述负压环境为‑0.03MPa以下。8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述保温保压的温度为所述设定温度，压力为所述负压环境，时间为3～10h。9.一种高弹性模量的SiBN纤维，其特征在于，由权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到；所述SiBN纤维的弹性模量为210～240GPa。10.一种高弹性模量的SiBN纤维的应用，其特征在于，将权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的SiBN纤维或者权利要求9所述SiBN纤维用于制备高速飞行器通讯天线罩。2CN115124371A说明书1/4页一种高弹性模量的SiBN纤维及其制备方法、应用技术领域[0001]本发明涉及高性能特种陶瓷纤维技术领域，尤其是一种高弹性模量的SiBN纤维及其制备方法、应用。背景技术[0002]高温透波陶瓷纤维主要应用于增强高速飞行器的前端通讯天线罩，在军事领域应用广泛，是一种重要的战略原材料。由于前端天线罩服役于极端的高温冲刷烧蚀环境，需要不断提升高温透波陶瓷纤维的耐高温、抗高温氧化和承载能力。目前，常见的高温透波陶瓷纤维主要有石英(SiO2)纤维、氧化铝或莫来石(Al2O3·SiO2)纤维、氮化硅(Si3N4)纤维、氮化硼(BN)纤维和硅硼氮(SiBN)纤维等，其中石英和氧化铝等氧化纤维的耐高温性能较差，使用温度一般不超过1300℃。氮化硅纤维的耐温性能略高于氧化物纤维，但使用温度不超过1400℃。氮化硼纤维在惰性气氛下可以耐2000℃以上的高温，但极易被高温氧化。SiBN纤维兼具氮化硅纤维优异的抗高温氧化性能和氮化硼纤维优异的高温稳定性能，是目前最具发展前景的高温透波陶瓷纤维之一。但是，现有SiBN纤维的弹性模量一般不超过140GPa，较低的模量使得纤维增强天线罩的断裂韧性和刚度较低，不利于天线罩在冲刷作用下较好地保持气动外形。同时，较低的弹性模量还会降低纤维承载应用的传递效率，不利于制备具有较高力学强度的天线罩。发明内容[0003]本发明提供一种高弹性模量的SiBN纤维及其制备方法、应用，用于克服现有技术中SiBN纤维弹性模量较低等缺陷。[0004]为实现上述目的，