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陶瓷纤维技术发展趋势

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由于陶瓷前驱体具有粘弹性(这种粘弹性可以通过在起始前驱体分子中选择特殊的官能团以及在来源聚合物中选择特征结构来进行设计),使得聚硅碳烷、聚硅氮烷、聚硼硅氮烷能够呈现出在它们的熔融状态纺丝所要求的柔韧性和可塑性]。这种聚合物前驱体提供了一种在随后的固化步骤中能够在低温下无催化剂和氧气固化获得纤维几何稳定性的巨大简便性。之后,在高温下进一步的热处理完成了聚合物到陶瓷的转化,实现对复杂微结构和纳米结构的控制,获得最终产品所期望的性质。
通过陶瓷前驱体聚合物的熔纺生产陶瓷纤维的技术有很大的优势。用这种方法生产的陶瓷纤维可以建立几乎不受限制的元素组成,因而可以制造大批新类型的陶瓷纤维,因为这可以通过在分子水平上控制起始聚合物的组成和结构来实现]。通过聚合物熔融进行的纤维生产是在相对低温下发生的,非常快,容易实施,所以也很经济。所使用的前驱体具有较高水平的化学纯度并且所含有的元素的分布很均匀]。可获得陶瓷的纯度和均匀的组成降低了在所制备的陶瓷纤维中的缺陷的数量。另外,由于它们具有很小的直径和很好的柔韧性,易于纺织和编织。使用前驱体工艺更进一步的优势在于更低的烧结温度,它将依次导致能耗的降低以及更低的最终生产成本。
纵观陶瓷纤维制备技术的发展轨迹可以发现,先驱体转化法日益成为研究和开发的主流。这是因为纤维的直径可以通过成熟的聚合物成形工艺得到控制,可以很容易地编织一维或二维增强体来增强复合材料,这是其他制备方法所无法比拟的。由于在精细陶瓷纤维中的特殊应用意义。溶胶一凝胶法将是人们关注的热点研究内容之一。而溶胶-凝胶工艺的研究又侧重于新溶胶一凝胶原料的开发,新的凝胶、纤维先驱体及纤维的制备工艺,复合纤维的研究,多功能性研究,纤维表面改性和复合材料研究等方面。新溶胶一凝胶法原料的开发主要是朝着有利于环境保护、降低成本和提高纤维先驱体的可加工性能方向发展;先驱体工艺研究立足于最佳途径和最佳工艺的探索。多功能研究试图制备同时具有几种纤维优越性能的纤维,并使一种纤维中含有几种成分,如以金属钨纤维或碳纤维为核心,通过气相沉积法可以制备出强度极高的钨一碳化硅或碳一碳化硅复合纤维等。
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