莫来石纤维前驱体溶胶纺丝性能的研究

以粒度≤15μm的铝粉和结晶氯化铝按照物质的量比为3．4：1混合得到无色透明的氯化铝溶胶，接着向氯化铝溶胶中加入含有酒石酸封端剂的硅溶胶获得莫来石纤维前驱体溶胶。研究了酒石酸添加量（ω）为1％、2％、3％、4％和聚乙烯醇纺丝助剂添加量（ω）为0．25％、0．5％、1％、1．5％、2％以及不同固含量（质量分数，5％～65％）对莫来石纤维前驱体溶胶纺丝性能的影响。结果表明：酒石酸和聚乙烯醇的加入对莫来石纤维前驱体溶胶的纺丝性能有显著影响，当添加3％（ω）的酒石酸和1％（ω）的聚乙烯醇时，纺丝性能最佳；在固含量为57％（ω）时，莫来石纤维前驱体溶胶呈现剪切变稀特性，其纺丝性能最优。

莫来石纤维前驱体溶胶-凝胶化转变的研究

以水为分散介质,硝酸铝、异丙醇铝、正硅酸乙酯为原料,聚乙烯吡咯烷酮为纺丝助剂,采用溶胶-凝胶法合成了莫来石纤维前驱溶胶,通过对流变、粘度以及折光指数的测试,研究了不同条件下莫来石纤维溶胶的凝胶化过程。根据Chambon-Winter(CW)法则确定了不同体系的凝胶化时间,探讨了溶胶-凝胶化转变过程中体系粘度的变化以及温度、添加剂对体系凝胶化时间的影响,为连续莫来石纤维干法纺丝工艺提供了一定的理论依据。

氧化铝连续纤维用前驱体溶胶的制备和可纺性研究

以铝(Al)粉和六水合氯化铝(AlCl_(3)·6H_(2)O)为Al源、中性硅溶胶(SiO_(2))为Si源,通过溶胶-凝胶法制备Al溶胶,再经浓缩、老化制得可纺性前驱体Al溶胶,研究物料配比、反应时间、浓缩温度及时间对制备Al溶胶的影响,以及浓缩、老化和稀盐酸(HCl)加入量对前驱体Al溶胶可纺性的影响,并测试了可纺性前驱体Al溶胶的流变性能。结果表明:在80℃水浴、电动搅拌转速为1000 r/min的条件下合成固含量为20%的Al溶胶,较佳的物料配比为Al粉/AlCl_(3)·6H_(2)O质量比11,较佳的反应时间为3 h;将固含量为20%、动力黏度(μ)为20 mPa·s的Al溶胶在80℃下浓缩5.0 h,再在28℃下老化40 h,可得到μ约60000 mPa·s且具有良好可纺性的前驱体Al溶胶;在可纺性前驱体Al溶胶的制备中添加稀HCl可有效抑制溶胶凝胶化,25 g Al溶胶中加入稀HCl 1.5 g较为合适;可纺性前驱体Al溶胶表现为切力变稀的假塑性流体,在温度为25~35℃、剪切速率为0~1000 s^(-1)时,溶胶的μ为50000~70000 mPa·s,具有良好的可纺性。

SiO_2/蔗糖杂化溶胶制备SiC纤维前驱体

采用溶胶凝胶法以正硅酸乙酯与蔗糖进行杂化,制得SiO2/蔗糖杂化溶胶,陈化后用拉丝法制得SiO2/蔗糖杂化纤维。研究了杂化溶胶陈化中的黏度变化与成纤性能,采用SEM分析研究了杂化纤维微观形貌。结果表明,SiO2/蔗糖杂化溶胶具有良好的成纤性能,可通过拉丝制得形态良好的杂化纤维;采用TG和DSC分析研究了杂化纤维热性能。结果表明,通过杂化改善了蔗糖的耐热性能;XRD光谱分析结果表明,杂化纤维为非晶态结构,经800℃处理后有碳化石墨微晶生成。

SiO_2/间苯二酚杂化溶胶前驱体法制备SiO_2/SiC多孔纤维

本文采用溶胶-凝胶法制备间苯二酚/SiO2杂化溶胶,拉丝法制取杂化纤维。并采用FT-IR、DSC、TG、XRD和SEM对杂化纤维进行了表征。结果表明,杂化纤维中部分间苯二酚与SiO2形成共价键结构;杂化纤维呈非晶态。采用不同温度对杂化纤维进行热处理,得到的产物经1300℃处理后杂化纤维转变为SiO2/SiC结晶性多孔纤维。

复合莫来石纤维前驱体结晶行为研究

无玻璃相微晶结构是莫来石纤维获得良好高温力学性能的关键,采用单/双相莫来石复合前驱体可在不添加玻璃相物质前提下,调控莫来石纤维结晶结构。在复合前驱体中,单相莫来石组分在~980℃原位生成的莫来石晶粒可作为晶核,诱导双相莫来石组分在较低的温度下形成莫来石晶相,使前驱体具有较好的结晶特性及致密化特性,并获得微晶、均匀、致密的结构。采用单、双相莫来石前驱体混合的方法制备了一系列可纺复合莫来石前驱体,通过XRD、DSC及SEM对其高温莫来石结晶行为进行了研究,并据此确定了最佳的复合前驱体组成。研究发现,含70wt%单相组分的复合前驱体具有最好的结晶及致密化特性,与双相莫来石前驱体相比,经1400℃热处理20 h后,其晶核密度从8×10^(12)/cm^3提高到1×10^(15)/cm^3,平均粒径从~360 nm降至~120 nm。

由醋酸锆前驱体制备ZrO_2连续纤维的过程及研究

为了制得耐高温、高强度的氧化锆连续纤维，利用新制醋酸锆作为前驱体，通过溶胶－凝胶法合成含有Ｚｒ－Ｏ长链的溶胶，干法纺丝，制备ＺｒＯ２连续纤维．研究了醋酸锆的光谱和热学性质，并对烧结后的纤维做扫描电镜观察、ＸＲＤ分析和纤维抗拉强度的测试．测试结果表明醋酸锆前驱体溶胶中含有以Ｚｒ－Ｏ为骨架的长链，具有良好的可纺性和稳定性．直径在十几个微米以下的连续纤维具有一定的强度和韧性，添加 ５ｍｏｌ％的 Ｙ２Ｏ３可将 ＺｒＯ２的晶相稳定在四方相．

硅溶胶强化辅助制备C纤维增韧氧化铝结合莫来石陶瓷基复合材料

通过氧化铝先驱体溶液循环浸渍热解结合硅溶胶浸渗强化的方法制备了三维C纤维预制体增韧的氧化铝结合莫来石陶瓷基复合材料 ,研究了氧化铝浸渗工艺对试样增重率、气孔率以及热处理温度对试样内气孔尺寸和分布的影响 ,分析了复合材料物相、微结构以及复合材料的力学性能。结果表明 ,硝酸铝饱和溶液浸渗纤维预制体并热解后试样的增重率和开气孔率呈类似抛物线曲线 ;由于硝酸铝分解生成氧化铝的煅烧温度不同 ,氧化铝晶态及物理特性不同 ,试样内气孔尺寸和分布差别较大 ;选择经过 115 0℃预处理的试样进行硅溶胶浸渗 ,然后 14 0 0℃处理 2h ,氧化硅与氧化铝完全反应生成莫来石 ,获得了较为致密的复合材料 ,室温三点弯曲强度和断裂应变分别为 180MPa和 2 .2 %。

氧化铝/氧化锆前驱体纤维纺丝液的制备技术研究

以铝粉、盐酸、醋酸锆和氧氯化锆为原料,聚乙烯醇（PVA）为纺丝助剂,采用溶胶-凝胶法制备了氧化铝/氧化锆前驱体纤维纺丝液,借助高速离心甩丝机、纳米粒度仪、旋转流变仪等仪器设备,研究了原料配比、浓缩温度、含水率、PVA添加量和种类对纺丝液稳定性、流变性和纺丝性的影响机制。结果表明,按m（氧氯化锆）∶m（醋酸锆）=（0.5~0.9）∶1配制成锆溶液,按照n（铝粉）∶n（盐酸）∶n（蒸馏水）=2∶1∶20配制成铝溶胶,两者按m（氧化锆）∶m（氧化铝）=1∶1均匀混合,加入5%PVA（PVA占氧化铝、氧化锆质量总和）,在75℃下减压蒸馏4~8h,室温下陈化24~48h,可得到粘度在1500~2500mPa·s,含水率在35%~45%,粒度在20nm左右,流变性好的氧化铝/氧化锆前驱体纤维纺丝液。采用高速离心甩丝机对纺丝液进行成纤实验,获得直径在4~10μm的氧化铝/氧化锆前驱体纤维,说明该纺丝液具有良好的成纤性能。

从柠檬酸前驱体合成超细氧化铝及莫来石粉末

以硝酸铝作为铝源、硅溶胶作为硅源、柠檬酸作为稳定剂,通过简单的溶胶-凝胶过程合成超细氧化铝及莫来石粉末。通过X-射线衍射分析(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和红外(IR)光谱以最终产物进行分析与表征。XRD结果显示铝凝胶粉经1200℃煅烧2h后样品由α-Al_2O_3晶相的氧化铝构成,而铝硅凝胶粉经1200℃煅烧2 h后样品由斜方结构的莫来石构成。SEM图像显示所得样品为无规则形态,高温煅烧引起粉末的团聚。

氧化铝纤维晶相抑制剂SiO_2前驱体的选择

研究了采用硅酯作为SiO_2前驱体加入到Al_2O_3-SiO_2系纤维的成纤胶体中的方法,并通过XRD、SEM等手段分析了其所含SiO_2对纤维结构的影响,从而证明添加硅酯是氧化铝纤维成纤胶体引入SiO_2的一种好的方法。

溶胶-凝胶法制备超细氧化镁陶瓷纤维

以碱式碳酸镁和柠檬酸为原料,采用溶胶- 凝胶法成功制得超细氧化镁陶瓷纤维,并应用红外光 谱仪(FTIR)分析了胶体的形成;应用DSC分析了凝 胶前驱体的热处理过程;通过XRD、SEM分析和观察 了凝胶前驱体纤维及其于450℃热处理后所得到的 超细氧化镁陶瓷纤维的形貌和结构。结果表明:凝胶 的可纺性主要受合成反应溶液中柠檬酸与镁离子物 质的量比、溶液的pH值及搅拌时间的影响,在柠檬 酸与镁离子的物质的量比为2,溶液的pH值在4.0 ～5.0,搅拌时间为16～18h的条件下,制得的凝胶 具有较好的可纺性;凝胶的热分解经历脱水、分解及 氧化镁的形成3个阶段,前驱体凝胶纤维经450℃保 温0.5h处理后,可得到直径均匀,表面光滑、致密的 超细氧化镁陶瓷纤维,其直径可在1μm以下。

溶胶-凝胶法制备连续MgAl_2O_4纤维

采用溶胶-凝胶法,通过聚合氯化铝溶液和柠檬酸镁溶液混合反应获得纤维前驱体纺丝液。前驱体纺丝液经离心甩丝和空气气氛下热处理后制备出直径细小、有一定韧性的连续镁铝尖晶石纤维。采用FT-IR、TG-DTA、XRD、SEM等测试手段对纤维进行表征。结果表明,纤维前驱体在585℃时开始结晶,且除Mg Al2O4相外无其他相出现。在空气气氛下,前驱体纤维先以3℃/min加热至600℃,而后以5℃/min加热至1000℃并保温2 h,经该热处理后的纤维直径为5~8μm。

三维编织碳纤维增强莫来石复合材料的制备与性能

结合Al2O3溶胶—凝胶技术和聚硅氧烷浸渍裂解技术制备出三维编织碳纤维增强莫来石复合材料(3D BCf/mullite)。研究表明,以AlCl3·6H2O和(CH2)6N4为原料的溶胶—凝胶工艺能制备出纳米γ Al2O3粉,它与聚硅氧烷在1400℃N2中共裂解可反应生成莫来石。所得3D BCf/mullite的密度为1.784g/cm3,弯曲强度和断裂韧性分别为282.5MPa和17.7MPa·m1/2。材料中较多的孔隙是材料密度和弯曲强度不高的原因所在。

莫来石纤维多孔陶瓷粘结用的莫来石纳米晶的研制

粘结剂在纤维多孔陶瓷制备过程中起着关键性作用,对用作莫来石纤维多孔陶瓷粘结用的莫来石微晶制备过程和结构进行了分析研究。分析结果表明:所研制粘结剂胶体颗粒的ζ-电位为35.75mV;粘结剂在烧结过程中经历了如下变化:无定形物质→微量γ-Al2O3(970℃)→铝硅尖晶石(1030℃)→莫来石与铝硅尖晶石(1150℃)→莫来石纳米晶(1250℃)。烧结后的莫来石晶粒平均尺寸为64.63nm;对晶胞参数的测定表明其与莫来石纤维具有良好的晶体结构上的匹配性。

碳纤维增强莫来石复合材料的制备与性能研究

为解决传统溶胶制备的碳纤维增强莫来石复合材料致密化效率低、制备周期长、性能不理想等缺陷,以碳纤维布叠层缝合预制件为增强体,以符合莫来石化学计量比的Al2O3-SiO2溶胶为原料,通过浸渍-干燥-热处理技术路线制备C/Mullite复合材料。研究了Al2O3-SiO2溶胶的烧结收缩与莫来石化行为,对复合材料工艺进行了初步优化,表征了氧乙炔焰烧蚀性能。所用Al2O3-SiO2溶胶的固含量30.7%,陶瓷产率18.3%,经1 300℃热处理后,莫来石化基本完成,且表现出明显的烧结收缩。形成了能避免碳纤维布分层开裂的复合工艺路线。获得了四点弯曲强度和断裂韧性分别为210.6 MPa,11.2 MPa·m1/2的C/Mullite复合材料。在氧乙炔焰烧蚀中,莫来石基体分解生成Al2O3和SiO2,在热流和机械冲刷作用下,大量SiO2流失,复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.049g/s,0.12mm/s。

溶胶-凝胶法低温合成莫来石的研究

以去离子水和无水乙醇为分散介质,以六水合氯化铝为铝源、正硅酸乙酯为硅源,通过1,2-环氧丙烷调凝,采用溶胶-凝胶法合成了莫来石前驱体凝胶。考察了环氧丙烷用量以及水浴温度对凝胶时间及莫来石合成的影响。研究表明,水浴温度65℃、1,2-环氧丙烷与铝的摩尔比为3:1时可以较快的制备出均匀稳定的莫来石前驱体凝胶。利用TG-DTA、XRD、FT-IR对干凝胶热处理过程中的结构变化及相演变进行了分析,结果表明,前驱体凝胶为第一类莫来石凝胶,在热处理过程中没有形成γ-Al_2O_3、铝硅尖晶石等中间相,在990℃左右凝胶晶化放热直接转变成单相莫来石。干凝胶经1000℃煅烧1h后可形成莫来石,1200℃煅烧后莫来石晶相发育良好。在热处理之前凝胶中已经形成Si-O-Al结构,这是莫来石低温合成的最主要原因。

陶瓷纤维制备技术的研究进展

综述了石英纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氮化硼纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维等不同种类陶瓷纤维的制备技术研究现状和技术难点。石英纤维主要采用溶胶-凝胶法制备,需要纤维表面引入氮化硼涂层改善其界面析晶行为;碳化硅纤维主要采用前驱体转化法和活性炭转化法制备,需进行表面涂层增强其性能;氮化硅纤维主要采用溶胶-凝胶法和碳热还原氮化法制备;氮化硼纤维主要采用无机转化法和有机前驱体法制备;溶胶-凝胶法是氧化铝、莫来石和硅酸铝纤维的主要制备方法。未来国内陶瓷纤维研究应进一步提高纤维性能、开发新品种、提高制备技术水平、加强应用研究和拓展应用领域。

SiO_2/TiO_2/聚酰亚胺复合杂化环氧树脂基碳纤维浆料的制备与表征

采用溶胶凝胶技术,在合成的聚酰胺酸(PAA)中对纳米SiO2/TiO2前驱体进行原位改性,添加硅烷偶联剂(WD-50)和适当的表面活性剂,利用超声空化及复配技术制备了碳纤维用环氧树脂基-SiO2·TiO2复合杂化聚酰亚胺增强浆料。采用FTIR、DSC、粒径分析仪、力学测试、STM等手段对制备的PAA-SiO2-TiO2复合改性增强浆料的性能及其在碳纤维上浆膜铺展的显微形貌进行了分析。结果表明,SiO2·TiO2以纳米粒度分布于浆膜中,上浆后碳纤维轴向表面有一层纳米级粒状突起,表面较为粗糙,碳纤维的界面性能得到了改善。力学实验表明,杂化浆料处理后碳纤维的抗拉强度及层间剪切强度显著提高。

纳米莫来石的制备及其机理研究

以正硅酸乙酯(TEOS)、结晶氯化铝(A lC l3.6H2O)为主要原料制备纳米莫来石前驱体溶胶,然后采用超临界流体干燥处理(SCDF)技术制备了A l2O3-S iO2体系纳米超细粉体,经1 100℃热处理后全部转化为针状纳米莫来石。借助透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱仪(XPS)和物理吸附仪等仪器对纳米莫来石进行了表征,并对其机理进行了探讨。