【文章內容簡介】 斷用鑷子嘗試拉纖維，直至可以拉出纖維為止，記錄可以紡絲的時間。一段時間后，可紡液凝膠，形成透明狀凝膠。保持TEOS量和HNO3溶液（催化劑）量以及蒸餾水量不變，改變VTMS的量，分別使R=1:，1:，1:2，重復R=1:1紡得纖維的步驟，得到表格表格3 不同原料配比下粘稠液的可紡性R紡絲時間/min最大纖維長度/cmTEOS/VTMS=1:3很短TEOS/VTMS=1:3040TEOS/VTMS=1:25100TEOS/VTMS=1:3560紡絲時間：從可以拉絲到不能拉絲的時間可紡性：用鑷子蘸取溶膠粘稠液后可以拉出的纖維的長度以及紡絲時間來衡量?？梢园l(fā)現(xiàn)改變原料配比對于粘稠液的可紡性騎著重要的作用。當R=:1時，粘稠液的可紡性最佳。此時，粘稠液的紡絲時間較長（25 min）并且紡出的最大纖維長度（1 m）。 研究H2O量對于粘稠液可紡性的作用 mol（ g）正硅酸乙酯于100 ml燒杯中， g HNO3(1 mol/L)溶液, g蒸餾水，室溫攪拌1 min， mol（ g）乙烯基三甲氧基硅烷（此時，TEOS/VTMS=1:），將混合液放置在室溫下攪拌?；旌弦撼尸F(xiàn)無色透明，隨著攪拌的繼續(xù)，混合液中出現(xiàn)氣泡。繼續(xù)攪拌，氣泡逐漸增多變大，體系液體黏度明顯增大。當感覺可以紡絲的時候，不斷用鑷子嘗試拉纖維，直至可以拉出纖維為止，記錄可以紡絲的時間。一段時間后，可紡液凝膠，形成透明狀凝膠。保持TEOS量、VTMS量和HNO3溶液（催化劑）量不變，改變H2O的量，分別使H2O= g、 g、 、 g、 g、 g、 g、重復H2O= g紡得纖維的步驟，將數(shù)據繪制成水量時間曲線，得到圖24： 圖24 不同水量下可紡時間曲線可以看出當H2O= g，可紡絲時間最長，此時纖維最大長度可以達到1 m。當H2O179。 g時，溶膠向凝膠轉變的過程中，溶液會逐漸由無色透明變?yōu)榘咨恼吵硪?，最后形成白色凝膠。而當H2O g時，則形成無色透明凝膠。 Ar氣下燒結得到SiOC陶瓷纖維將制得凝膠纖維放入25 ml坩堝中，然后放入石英坩堝爐的高溫區(qū)中，通Ar氣檢漏，如果系統(tǒng)密閉性良好，則通Ar氣30 min以除去系統(tǒng)中的空氣，然后按照程序進行陶瓷纖維燒結。200 min60 min200 min程序：0 176。C 1000 176。C 1000 176。C 0 176。C程序執(zhí)行完畢后，帶石英爐爐溫回復到室溫時，關閉石英爐電源以及Ar氣，取出樣品，可以得到SiOC陶瓷纖維。 制備SiAlOC陶瓷纖維 g異丙醇鋁于100 ml燒杯中，然后加入4 g甲苯，攪拌至形成無色透明溶液，備用。然后在稱取5 gTEOS于另一支100 ml燒杯中， g的HNO3(1 mol/L)溶液，攪拌1 min， g VTMS，繼續(xù)攪拌，待攪拌20 min中后，加入已配好的異丙醇鋁的甲苯溶液，將混合液放置在室溫下攪拌?；旌弦撼尸F(xiàn)無色透明，隨著攪拌的繼續(xù)，混合液中出現(xiàn)氣泡。繼續(xù)攪拌，氣泡逐漸增多變大，體系液體黏度明顯增大。當感覺可以紡絲的時候，不斷用鑷子嘗試拉纖維，直至可以拉出纖維為止，記錄可以紡絲的時間。一段時間后，可紡液凝膠，形成透明狀凝膠。該體系紡絲時間不長，只有7 min，而且紡得的纖維很短，只有10 cm左右。第三章 實驗結果與討論 SiOC纖維表征 SiOC陶瓷纖維的結構分析圖31 SiOC凝膠纖維的紅外譜圖圖32 SiOC陶瓷纖維的紅外譜圖圖31和32是以KBr空白片為基底，分別將凝膠纖維和陶瓷纖維磨碎壓片做的紅外譜圖。通過圖31可以得到：1422 cm1吸收峰是VTMS中C=C的特征振動峰，1077 cm1吸收峰是SiO伸縮振動峰，943 cm1吸收峰是CH振動峰，802 cm1吸收峰為SiC振動峰。對于Ar氣下熱解得到的陶瓷纖維的紅外譜圖32，通過比較可以看出：C=C吸收峰（1400 cm1左右）和CH（960 cm1左右）吸收峰顯著減弱，這是由于凝膠纖維在熱解過程中，纖維以脫去HCH4 等小分子形式實驗無機化。1100 cm1左右的SiO吸收峰發(fā)生分蜂，可能是由于凝膠纖維在高溫作用下，SiOSi鏈長進一步增大的結果，770 cm1左右的SiC吸收峰增強是由于凝膠纖維發(fā)生重排，而產生更多的SiC鍵。 SiOC凝膠纖維熱解過程分析圖33 SiOC凝膠纖維的TG曲線（10 176。C /min，Ar氣氛）圖34為SiOC凝膠粉末在Ar氣熱解到1400 176。C過程中的TG曲線。通過TG曲線可以看出，失重分為三個階段。第一個階段發(fā)生在450 176。C之前，該階段體系失重6%，主要是殘留在凝膠中水和乙醇的蒸發(fā)引起的；第二個階段是450~650 176。C，該階段失重5%，文獻報道是SiO/SiC間的重排反應形成低分子量的硅氧化物并釋放出而引起的；650~850 176。C之間體系失重2 %，該溫度范圍對應有機向無機的轉變過程，此時體系中的CH鍵和SiC鍵之間發(fā)生均裂反應產生H2和CH4等小分子氣體并釋放出去。850~1400 176。C體系失重幾乎不再變化表明SiOC陶瓷纖維熱穩(wěn)定性良好。 SiOC陶瓷纖維的微觀形貌ab圖34 a，b均為SiOC纖維的橫斷面對SiOC初紡纖維和熱解后的陶瓷纖維的斷面和表面進行了掃描電鏡測試，以觀察纖維的微觀結構。通過SEM圖片（34a，b）觀察到纖維的的橫截面均為扁平狀（長軸/段抽=），未觀察到圓形的截面，這與其他陶瓷纖維不同。纖維橫截面的形狀是溶膠凝膠法存在的一個問題。研究表明， 纖維的斷面形狀主要取決于溶液的成分，與制備纖維的方式(用鑷子挑拉或從坩堝底部小孔抽拉等)、所用工具的形狀以及拉絲時溶液的粘度無關， 粘度大則纖維粗，粘度低則纖維細， 但不影響斷面形狀。Sakka認為非圓截面主要是由于纖維收縮大，各方向收縮不均勻所致。太少的水和較多的乙醇都要使纖維有較大的體積收縮，形成不規(guī)則形狀的纖維截面。abbcd圖35 a，b為SiOC陶瓷纖維的表面 ，c為SiOC纖維的一處斷口，d為斷口放大圖從圖35a，b看出，SiOC纖維表面有多道溝槽，這與纖維截面為扁平狀相吻合。纖維表面十分光滑，有光澤。圖35c為一SiOC纖維的斷面，通過進一步放大（如圖35d所示）可以看出，纖維內部結構致密，組分均勻，無氣孔，裂縫等缺陷。由于纖維為扁平狀，其長軸分布范圍很廣，在8~60 mm變化。 SiOC纖維的元素分析圖36 硅氧碳凝膠纖維的能譜分析圖37 硅氧碳陶瓷纖維的能譜分析表格31 纖維燒結前后各元素的質量組成元素纖維COSi凝膠纖維（Wt%）陶瓷纖維（Wt%）表格32 纖維燒結前后各元素的原子組成元素纖維COSi凝膠纖維（At%）陶瓷纖維（At%） 圖36，圖37分別為為SiOC凝膠纖維和陶瓷纖維的能譜分析譜圖，將圖中數(shù)據列成表格，分別得到各元素的質量組成表格31和各元素的原子組成表格32。通過表格31可以看出：凝膠纖維在Ar氣下熱解得到SiOC陶瓷纖維的過程中，C含量顯著提高，%%,增量達到15%。且得到的陶瓷纖維中O含量很高，達到40%，有文獻報道含O量高，會使纖維在1300 176。C發(fā)生碳熱還原反應更容易，因而產生更多的CO、SiO氣體并產生SiC晶須，使纖維充滿氣孔、裂縫等缺陷，導致纖維致密性結構破壞，最終造成纖維性能急劇下降，降低了纖維的失效。表格32為纖維燒結前后的各元素原子比，可以得到凝膠纖維的分子式近似為：，而陶瓷纖維的分子式則近似為：，通過分子式的比較，也可以直觀看到C元素明顯增加，O元素含量很高。由于能譜分析不能識別H等小原子量元素，因此纖維中的H元素含量不能分析出來，而且，能譜分析各元素含量存在一定的誤差，關于各元素含量僅供參考。 SiOC陶瓷纖維的晶相分析 圖38 SiOC陶瓷纖維的XRD譜圖由于得到的SiOC陶瓷纖維量很少，因此用Ar氣下燒結得到的陶瓷凝膠塊體代替陶瓷纖維制樣。用瑪瑙研缽將陶瓷凝膠塊研磨碎，送測試儀器測試，得到圖37。從圖中可以看出1000 176。C熱解后得到的SiOC陶瓷纖維是無定形態(tài)的，在23176。（2θ）有一個很寬的散射峰，是和重組初期的SiO2相對應。 SiOC陶瓷纖維的力學性能對燒結后的SiOC陶瓷纖維進行拉伸測試實驗。拉伸測試的儀器型號為XQ1型纖維強伸度儀。測試所用夾距為10 mm,拉伸測試速率為1 mm/min。其中某一根纖維的應力應變曲線如圖37所示： 圖39 某一根SiOC陶瓷纖維的應力應變曲線通過光學顯微鏡觀察，纖維粗細分布不均，且為扁平狀（如圖38所示）：可以量得纖維的長軸約為40 mm，根據s抗拉=4F/pd2,得到強度應變曲線（圖39所示）。通過纖維的強度應變曲線， MPa。通過進一步計算，可以得到纖維的彈性模量為55 GPa。圖310 該纖維的光鏡圖片圖311 該纖維的強度應變曲線 SiOAlC陶瓷纖維的能譜圖圖312 SiOAlC陶瓷纖維的能譜分析通過加入異丙醇鋁制得凝膠纖維，在Ar氣下1000 176。C燒結得到陶瓷纖維，做能譜分析得到圖312，%。第四章 實驗結論 VTMS和TEOS體系可以用來制備SiOC纖維，且當TEOS：VTMS=1:，體系可紡性最好。可紡時間為25min，纖維最大長度為1m。 Ar氣下熱解得到的SiOC陶瓷纖維表面光滑，結構致密，無裂縫，氣泡等缺陷。 對燒結的SiOC陶瓷纖維做能譜分析，纖維中含碳量很高，%。 得到的SiOC陶瓷纖維抗拉強度可以達到350MPa。【參考文獻】[1]崔之開. 陶瓷纖維[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2004, 15.[2]Yajima S, Hayashi J, Omori M. C