碳化硅微纳米纤维的制备及其性能研究

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碳化硅纤维作为一种高性能的无机陶瓷纤维,具有高抗拉强度、高抗蠕变性能、高抗氧化性、耐高温、抗腐蚀、易加工织布、编织等诸多优良的特性,其在核工业、航天航空等重要领域均有应用。目前关于碳化硅纤维的研究主要集中在碳化硅纤维的功能化和纳米化方面,随着现代技术的发展,制备纳米级纤维的方法有很多,其中溶液喷射纺丝技术作为一种新型的微纳米纤维制备技术,因其高效、普适等优点逐渐被各国学者重视,并为微纳米纤维的规模化生产提供了新思路。本文以溶液喷射纺丝技术为基础制备了SiC微纳米纤维,系统地研究了纺丝工艺、预氧化工艺和高温煅烧工艺参数对纤维的结构和性能的影响,并对碳化硅纤维的电化学性能进行了研究。主要研究内容如下:   1)基于溶液喷射纺丝技术制备了PCS/PS复合纤维,经过预氧化和高温煅烧处理得到了直径为100-600nm的β-SiC纤维。在预氧化过程中,存在溶剂挥发、小分子分解、结构转变等过程。随着预氧化温度的提高,纤维的预氧化程度提高,纤维的无机陶瓷化温度也有一定的降低。在高温煅烧过程中,最高煅烧温度提高,纤维的直径减小,纤维的结晶化程度提高;而随着保温时间的增加,纤维的直径也在减小,纤维的结晶化程度有所提高。   2)以PCS/PEO水包油型乳液为纺丝液,利用高速气流牵伸纺丝液固化成形,提出了一种新型的纺丝技术——乳液喷射纺丝技术,并通过预氧化与高温煅烧处理后得到了β-SiC纤维。本实验探讨了PCS/PEO复合纤维的制备,并对最终SiC纤维的形貌、热性能和结晶性能等进行了研究。   3)以PVP/TEOS溶胶为纺丝液,利用高速气流牵伸纺丝液细流固化成形后制备得到PVP/TEOS复合纤维,提出了一种新型的纺丝技术——溶液喷射纺丝-溶胶凝胶技术,然后经过热处理和炭热还原得到了β-SiC纤维。使用溶液喷射纺丝-溶胶凝胶技术制备的SiC纤维具有极佳的高温稳定性能。   4)SiC是一种很好的超级电容器电极活性材料,本文以自制的SiC微纳米纤维作为电极材料,对其电化学性能进行测试(包括循环伏安测试、恒流充放电测试、交流阻抗测试)。
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