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静电纺丝技术制备锆基非氧化物陶瓷纳米纤维

李飞  黄晓  
【摘要】:碳化锆(Zr C)、硼化锆(Zr B2)具有极高的熔点、硬度及较好的高温稳定性和高温力学性能,是重要的超高温陶瓷材料,被认为是在超高温条件下,如超高胜诉飞行器鼻锥、机翼前缘、火箭推进系统等极端环境中所需的最具潜力的候选材料。将Zr C、Zr B_2材料制成纤维,有望获得能够在超高温条件下使用的新型陶瓷纤维。同时,采用Zr C纤维、Zr B_2纤维作为增强体制备超高温陶瓷基复合材料,有望大幅度提高超高温陶瓷材料的力学性能并改善其脆性。本工作中,使用静电纺丝技术制备Zr C、Zr B_2陶瓷纳米纤维。使用聚乙酰丙酮锆作为锆源、蔗糖作为碳源、聚丙烯腈作为碳源和纺丝助剂,经过电纺得到Zr C纳米纤维的前驱体,在1400oC热处理发生碳热还原反应(Zr O_2+3C→Zr C+2CO)转变为Zr C纳米纤维。在上述体系中引入硼酸作为硼源,经静电纺丝技术可以得到Zr B_2的前驱纤维,在1500oC热处理发生碳热还原反应(Zr O_2+B_2O_3+5C→Zr B_2+5CO)转变为Zr B_2纳米纤维。制备的纳米纤维由Zr C、Zr B_2的纳米晶组成,纳米纤维的平均直径为250 nm。

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