【正文】 lOC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(wú)色透明溶液，備用。C 0 176。C 1000 176。 Ar氣下燒結(jié)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(jìn)行陶瓷纖維燒結(jié)。 g時(shí)，溶膠向凝膠轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，溶液會(huì)逐漸由無(wú)色透明變?yōu)榘咨恼吵硪海詈笮纬砂咨z。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(fù)H2O= g紡得纖維的步驟，將數(shù)據(jù)繪制成水量時(shí)間曲線，得到圖24： 圖24 不同水量下可紡時(shí)間曲線可以看出當(dāng)H2O= g，可紡絲時(shí)間最長(zhǎng)，此時(shí)纖維最大長(zhǎng)度可以達(dá)到1 m。當(dāng)感覺(jué)可以紡絲的時(shí)候，不斷用鑷子嘗試?yán)w維，直至可以拉出纖維為止，記錄可以紡絲的時(shí)間?；旌弦撼尸F(xiàn)無(wú)色透明，隨著攪拌的繼續(xù)，混合液中出現(xiàn)氣泡。此時(shí)，粘稠液的紡絲時(shí)間較長(zhǎng)（25 min）并且紡出的最大纖維長(zhǎng)度（1 m）?？梢园l(fā)現(xiàn)改變?cè)吓浔葘?duì)于粘稠液的可紡性騎著重要的作用。一段時(shí)間后，可紡液凝膠，形成透明狀凝膠。繼續(xù)攪拌，氣泡逐漸增多變大，體系液體黏度明顯增大。 mol（ g）正硅酸乙酯（Si(OC2H5)4，TEOS）于100 ml燒杯中， g 1mol/L HNO3溶液, g蒸餾水，室溫?cái)嚢? min， mol( g)乙烯基三甲氧基硅（CH2=CHSi(OCH3)3,VTMS）（此時(shí)，R=TEOS/VTMS=1:1），將混合液放置在室溫下攪拌。測(cè)試樣品均為粉末。C。升溫速率為10 176。（2）掃描電子顯微鏡（SEM）：將制備好的樣品經(jīng)噴金處理后，利用Phlilps公司的XL30ESEM掃描電子顯微鏡觀察不同溫度及不同配比下的陶瓷體的形貌，揭示材料的微觀結(jié)構(gòu)，揭示材料熱解過(guò)程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，并對(duì)物質(zhì)的元素進(jìn)行粗略的測(cè)定。用于對(duì)原料、交聯(lián)體、各個(gè)熱解溫度制度下的熱解產(chǎn)物化學(xué)鍵的變化。固體樣品采用KBr壓片制樣法，液體樣品采用KBr樣品臺(tái)制樣法。C 實(shí)驗(yàn)原理反應(yīng)機(jī)理：采用溶膠凝膠法，通過(guò)水解縮聚反應(yīng)，其反應(yīng)過(guò)程為：水解反應(yīng)：M(OR)n + xH2O → M(OH)x(OR)nx + xROH縮聚反應(yīng)又分為：失水縮聚：—M—OH + HO—M— → —M—O—M— + H2O失醇縮聚：—M—OH + HO—M— → —M—O—M— + ROH 纖維合成步驟本文制備SiOC陶瓷纖維的步驟如圖23所示：TEOS和稀HNO3加入VTMS，形成混合溶液溶膠初紡纖維烘干SiOC陶瓷纖維調(diào)節(jié)PH紡絲氬氣1000 176。1000電熱恒溫干燥箱202BS溫度：10~250 176。C轉(zhuǎn)子流量計(jì)Ar/N2/H20~1000 sccm電子分析天平FA1104 g管式爐自制最高溫度1150 176。實(shí)驗(yàn)原料TEOS和VTMS的紅外譜圖如圖21，22所示。C。C／25 176。乙烯基三甲氧基硅烷（vinyltrimethoxysilane），無(wú)色透明液體，有酯味。C/min的升溫速率，Ar（%）中熱解得到SiOC陶瓷纖維。由于乙烯基三甲氧基硅烷（CH2=CHSi(OCH3)3,VTMS）含碳量高，同時(shí)含有乙烯基，高溫下可能發(fā)生加成反應(yīng)。可見(jiàn)可以紡得纖維的條件是非?？量痰模虼丝梢约徑z的有機(jī)硅氧烷只有有限的幾種。因此，在制備纖維的溶膠凝膠過(guò)程中，必須選用酸作為催化劑。堿催化時(shí)，水解由OH親核取代引起，聚合速度較酸催化快，水解速率較小，聚合速率成為決定因素。以TEOS為例，酸催化時(shí)，醇鹽水解由H3O+的親電機(jī)理引起，水解速度快，縮聚反應(yīng)是速率決定步驟。用水替代醇作為分散劑，既可降低成本，又可以簡(jiǎn)化工藝，在工業(yè)上有重要價(jià)值。在Nishio采用的體系中，[H2O]/[金屬醇鹽]的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4，達(dá)到20~200，體系為酸性。這個(gè)結(jié)論作為酸溶性體系溶膠凝膠法制備陶瓷/玻璃纖維的經(jīng)典配方,這已被很多學(xué)者和企業(yè)所接受。以SiO2纖維為例，以TEOS為硅源，選擇HCl為催化劑，控制[H2O]/[TEOS]的值小于4，可以得到含有線性粒子的可紡性溶膠，經(jīng)干紡制得SiO2纖維。①原料及其配比 經(jīng)典的溶膠凝膠法是以金屬醇鹽為原料，以醇為溶劑，首先得到醇鹽的溶液，可以達(dá)到分子水平的均勻混合。（2）工藝流程 以醇鹽為例，工藝流程如圖17所示： 溶膠攪拌金屬醇鹽 凝膠纖維粘稠紡絲液熱處理無(wú)機(jī)纖維 圖17 溶膠凝膠法制備陶瓷纖維的流程圖（3）影響溶膠可紡性的因素 并不是所有的凝膠都具有可紡性，前驅(qū)物通過(guò)水解—縮聚得到線性粒子是獲得可紡溶膠的關(guān)鍵。當(dāng)溶膠達(dá)到一定的黏度（約在1~1000 Pas范圍內(nèi)），在室溫下紡絲成形得到凝膠粒子纖維，經(jīng)干燥、燒結(jié)、晶化得到陶瓷纖維。本文就以上一些問(wèn)題做了一定的研究。然而溶膠凝膠法制備SiOC纖維仍存在許多問(wèn)題。文中還報(bào)道可以得到長(zhǎng)度達(dá)到5 m的SiBOC纖維。SiO2 + C = SiO + CO (11)SiO + 2C = SiC +CO (12)2007年，Raquel組通過(guò)在前驅(qū)體中加入硼酸，制得了SiBOC纖維，并且研究不同原料配比下的可紡性。通過(guò)方程式(11)和(12)可以知道，SiOC纖維在1300 176。圖15（a）初紡纖維的SEM圖片,(b)1000176。C下處理一小時(shí)后的Ormosil凝膠纖維2005年，Chen組通過(guò)乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）和二醋酸纖維素（SCA）， MPa的SiOC纖維。纖維直徑較粗（圖14），在100 mm左右。圖13 1300 176。該纖維由于直徑的巨大差異，因此抗拉強(qiáng)度在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)變化(圖13)。這對(duì)于硅氧碳纖維的大量生產(chǎn)和應(yīng)用有著重大的價(jià)值。C，且成本相對(duì)較低[13]。102 Wcm，因此具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。圖12 處理后的PACS纖維及熱解產(chǎn)物的SEM圖片陳志彥[12]組通過(guò)往先驅(qū)體中摻入二茂鐵，制得了SiFeOC纖維，所得纖維的電阻率可以達(dá)到102 Wcm，較未摻二茂鐵的SiOC纖維降低了5個(gè)數(shù)量級(jí)（如表格11所示）。C發(fā)生析晶，隨著溫度升高，晶粒長(zhǎng)大，但是在1800 176。C高溫, GPa左右。圖11碳纖維的耐高溫性，SiC纖維的耐高溫性，SiC/C纖維的耐高溫性，SiTiCO纖維的耐高溫性（1300 176。通過(guò)圖11可以看出SiTiOC纖維可以承受1300 176。(M)OC纖維自Yajima首次利用該法制出最早的SiOC纖維，人們不斷通過(guò)改進(jìn)該方法制備出性能更優(yōu)異的SiOC纖維。目前，雖然用溶膠凝膠法制出了SiOC纖維，但是可以用來(lái)合成纖維的前驅(qū)體還很有限，并且纖維強(qiáng)度尚達(dá)不到要求，纖維制備的最佳工藝條件也未弄清楚，纖維連續(xù)性也存在很大的問(wèn)題。為了提高纖維性能，人們向纖維中引入其他元素，常用的元素有：B、Al、Ti等。 MPa，中等的楊氏模量（ GPa），%。2000年，Yi[9]利用PDMS和正硅酸乙酯也制備出了SiOC纖維。C，且成本相對(duì)較低，因此該法吸引了研究人員的廣泛關(guān)注。人們?cè)诓粩喔倪M(jìn)有機(jī)先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法的同時(shí)，也不斷嘗試?yán)闷渌椒ㄖ苽銼iOC纖維。2008年，余煜璽[67]等人利用聚二甲基硅烷（PDMS）和乙酰丙酮鋁制備出了SiAlOC纖維。C以下能保持力學(xué)性能（較SiC纖維1200 176。 GPa，楊氏模量為220177。1988年，Takemi[5]等人通過(guò)聚二甲基硅烷、聚二苯基硼硅氧烷和鈦酸四異丙酯為原料合成了SiTiOC纖維。C以上就會(huì)因發(fā)生碳熱還原反應(yīng)而產(chǎn)生CO和SiO氣體，從而導(dǎo)致纖維缺陷增多，造成纖維的力學(xué)性能降低。人們利用有機(jī)聚硅氧烷熔融紡得原絲，然后在惰性氣體中熱解得到SiOC纖維。目前，制備SiOC纖維主要有兩種方法：有機(jī)先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法和溶膠凝膠法。因此，制備出高性能的SiOC纖維有著重要的意義。C以上軟化鑒于上述纖維的優(yōu)缺點(diǎn)的比較，這樣就產(chǎn)生了一種新纖維的需求：既具有非氧化物纖維優(yōu)良的力學(xué)性能，又具有氧化物纖維的抗氧化能力，同時(shí)具有玻璃纖維低成本的特點(diǎn)。表格31 纖維燒結(jié)前后各元素的質(zhì)量組成纖維名稱優(yōu)勢(shì)缺陷SiC纖維耐高溫價(jià)格昂貴Al2O3纖維工作溫度為1200 176。目前，已經(jīng)商業(yè)化的陶瓷纖維主要有SiC、Al2OB、C以及玻璃纖維。C；結(jié)晶質(zhì)纖維則是晶態(tài)的，且能夠承受更高的溫度，如多晶氧化鋯纖維的使用溫度為1600 176。按照陶瓷纖維的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)可將陶瓷纖維分為非晶質(zhì)（玻璃態(tài)）纖維和結(jié)晶質(zhì)纖維。VTMS目 錄第一章 前 言 1 1 1(M)OC纖維 3 溶膠凝膠法制備Si(M)OC纖維 4 7 9第二章 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 9 9 10 實(shí)驗(yàn)原理 11 纖維合成步驟 11 表征方法 12 13 13 制備SiAlOC陶瓷纖維 15第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 16 SiOC纖維表征 16 SiOC陶瓷纖維的結(jié)構(gòu)分析 16 SiOC凝膠纖維熱解過(guò)程分析 17 SiOC陶瓷纖維的微觀形貌 17 SiOC纖維的元素分析 19 SiOC陶瓷纖維的晶相分析 20 SiOC陶瓷纖維的力學(xué)性能 21 SiOAlC陶瓷纖維的能譜圖 22第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 23【參考文獻(xiàn)】 24外文資料 25中文譯文 25致 謝 25第一章 前 言[1]陶瓷纖維是一種纖維狀輕質(zhì)耐火材料，它具有重量輕、耐高溫、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱率低、比熱容小及耐機(jī)械振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在冶金、機(jī)械石油、化工、電子、船舶以及航空航天方面有著廣泛的應(yīng)用。 SiOC ceramics fibers。C and 1400 176。C and lower cost. For the advantages of SolGel method, using the meth