SiC(OAl)纖維和SiC(Al)纖維的制備預(yù)氧化PACS纖維在氮氣氣氛保護下經(jīng)收絲機的牽引通過1300℃的管式爐,然后上筒,得到含氧量較高的陶瓷纖維SiC(OAl);SiC(OAl)纖維在氬氣氣氛中置于1800℃燒結(jié)爐中燒結(jié)得到耐超高溫陶瓷纖維SiC(Al).
SiC(OAl)纖維、SiC(Al)纖維和Nicalon纖維的抗氧化性試驗將SiC(OAl)纖維、SiC(Al)纖維和Nicalon纖維分別置于管式爐中,在空氣中升溫至1300℃并保溫,每隔一定時間取出一定量樣品,測量其抗拉強度。
測試方法采用FT2IR(Nicolet)對樣品進行紅外吸收光譜分析。采用KBr壓片法,掃描32次,分辨率為4cm-1。研究表明,Si―CH3吸收峰的變化幾乎可以忽略不計,硅氫反應(yīng)程度可以用PACS纖維在IR光譜中的Si―CH3鍵在1250cm-1的吸收峰作為內(nèi)標(biāo),Si―H與Si―CH3的特征峰的比值來表征:PSi―H=(A2100ΠA1250)uncured-(A2100ΠA1250)cured(A2100ΠA1250)uncured其中A2100和A1250分別是2100cm-1和1250cm-1處吸收峰的強度。
采用Waters21515型高效液相色譜儀凝膠透色譜(GPC)法測定樣品的分子量及其分布。流動相為四氫呋喃,流速為110mLΠmin,以聚苯乙烯為標(biāo)準(zhǔn)工作曲線進行數(shù)據(jù)處理。
熔融強堿溶解樣品,以比色法定量分析Si和Al<13>;高溫氧氣氣氛中灼燒樣品,對產(chǎn)生的CO2進行定量分析,測定樣品中的C<13>;用氧分析儀測定樣品中的O;H元素含量采用差減法。
10mg左右樣品在NETZSCHSTA449C型熱重分析儀上進行熱重分析,升溫速率10KΠmin,N2流量40mLΠmin,最終溫度1250℃。對PACS纖維、SiC(OAl)纖維和SiC(Al)纖維表面的微觀形貌進行SEM分析,儀器使用日本日立公司X2650掃描電鏡;測試條件,噴金,加速電壓20kV.29Si核磁共振(29Si2NMR)是采用BrukerDMX600MHz核磁共振譜儀,以TMS為內(nèi)標(biāo),以C6H6和CHCl3等為溶劑進行測定。27Al核磁共振(27Al2NMR)是采用BrukerDMX600MHz核磁共振譜儀,以TMS為內(nèi)標(biāo),以C6H6和CHCl3等為溶劑進行測定。
纖維力學(xué)性能測量是采用YG型強力儀測量纖維的單絲抗拉強度,試樣標(biāo)準(zhǔn)跨距為25mm,拉伸速率為210mmΠmin,纖維直徑采用精度為011μm的螺旋測微儀測量,取30個數(shù)據(jù)平均值作為最終結(jié)果。
PACS纖維的組成、結(jié)構(gòu)PACS的合成反應(yīng)在N2保護下進行,反應(yīng)過程中發(fā)現(xiàn),在240℃時溶液的顏色從無色變成淡黃色,隨著溫度的升高溶液的顏色逐漸加深,由淡黃色變成橙紅色,340℃左右橙紅色消失,重新變?yōu)榈S色。已酰丙酮鋁與PSCS不同質(zhì)量配比所合成的PACS軟化點在160~240℃之間,PSCS和PACS凝膠液相色譜曲線如所示,圖中PACS0、PACS6和PACS10分別表示Al(AcAc)3與PSCS的質(zhì)量配比為0∶100、6∶100和10∶100.從圖中可以發(fā)現(xiàn),在未加入Al(AcAc)3時,用PSCS合成所得先驅(qū)體PACS0在保留時間在11~20min之間單峰分裂為雙峰;當(dāng)加入Al(AcAc)3后,保留時間在11~20min之間,單峰同樣分裂為雙峰,同時在6~11min出現(xiàn)了一個新的寬峰,且隨著Al(AcAc)3量的增加,PACS中新出現(xiàn)的峰越來越明顯,數(shù)均分子量由1600左右增加為2200左右,證明PSCS和Al(AcAc)3發(fā)生了使分子量增大的交聯(lián)反應(yīng),生成了新的聚合物,而不是PSCS熱解重排產(chǎn)物與Al(AcAc)3的簡單混合物。
PACS是PACS纖維的XPS全掃描圖譜,錄譜范圍為0~1000eV(以下提到的PACS均是指以Al(AcAc)3與PSCS的質(zhì)量配比為6∶100所合成的).圖譜上除了Si2p(10112eV)、Si2s(153eV)、C1s(288eV)、O1s(53317eV)、和O的俄歇峰位外,在77eV和123eV處還分別出現(xiàn)了微弱的Al2p和Al2s的能譜峰。因此可以認為PACS纖維中含有Si、C、O、Al以及通過IR檢測到的H元素。采用元素分析對PACS纖維中的Si、C、Al、O進行定量測定,PACS纖維的組成為SiC210H716O0113Al010018。
rPACS纖維的29Si2SolidNMR譜如所示。從圖中可以看出PACS纖維中Si有兩種形式,δ=0附近的SiC4結(jié)構(gòu),δ=-16附近的SiC3H結(jié)構(gòu)。圖譜中沒有在δ=-35175出現(xiàn)Si―Si吸收峰,表明PSCS在合成反應(yīng)中發(fā)生的裂解轉(zhuǎn)移重排是相當(dāng)完全的。δ=-16附近的SiC3H結(jié)構(gòu)印證了PACS纖維中Si―H、Si―CH2―Si結(jié)構(gòu)的存在。另外,在PACS纖維的29Si-SolidNMR圖譜中沒有發(fā)現(xiàn)Si―Al鍵信息。
Sfiber是PACS纖維的27Al2SolidNMR共振圖譜,由圖中可以看出,PACS纖維中明顯出現(xiàn)了3個尖峰,化學(xué)位移δ=0附近的共振峰是八面體結(jié)構(gòu)中6配位Al的譜峰<14>,該峰與Al(AcAc)3中的Al峰類似,表明PACS纖維中保留了Al(AcAc)3中部分Al的結(jié)構(gòu);化學(xué)位移δ=50~60處的峰是四面體結(jié)構(gòu)中4配位Al的譜峰;化學(xué)位移δ=30附近的共振峰是Al原子5配位的共振峰<15~17>,該結(jié)構(gòu)是個中間態(tài),容易轉(zhuǎn)化為4配位和6配位的結(jié)構(gòu)。這3種結(jié)構(gòu)都是Al與周圍的O原子形成Al―O鍵的配位結(jié)構(gòu),即AlO6、AlO5、AlO4結(jié)構(gòu)。
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