一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法

本发明属于纤维表面界面层制备领域，具体的涉及一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法。背景技术：1、sic纤维具备高强高模、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、耐磨损、低密度等一系列的特性，而且其电阻率可以进行调控，拥有独特的电磁性能，还可用于吸波隐身领域，集结构-隐身-防热于一体，在航空航天等高端领域有着广泛的应用。2、碳涂层是sic纤维上常见的表面涂层，其与sic纤维的结合性好，不会发生界面反应，且能够对纤维形成保护作用，在制备复合材料时，能大幅提高复合材料的力学性能；除此之外，通过调整碳涂层的厚度，还可以改变sic纤维的电阻率，扩大其在隐身方面的应用。碳涂层的制备方法一般有两种，一种为化学气相沉积法，另一种为液相浸渍裂解法。化学气相沉积法制备的碳涂层性能较好，但存在制备时间长，碳源转化率低，以及涂层均匀性难以保证等问题。陆子龙等人的专利cn 115044883 a使用连续走丝的气相沉积法在sic纤维表面制备了碳涂层，改善了涂层的均匀性，但是沉积效率较低，成本高。液相浸渍裂解法制备的碳涂层，不仅存在均匀性难以保证的问题，而且涂层与纤维结合力差，厚度稍有增加，就会出现裂纹，不能很好的保护纤维。王静静等人以酚醛树脂为碳源，通过浸渍裂解法制备碳涂层，发现当浸渍液浓度过低时，涂层厚度过薄，导致碳纤维表面仍存在大量沟槽，当浸渍液浓度过大时，涂层变得粗糙且出现分层。为了获得，涂层均匀性好，与纤维结合性好的碳涂层，还需要另辟蹊径。技术实现思路1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，以解决了现有技术在sic纤维表面制备碳涂层，工艺复杂，涂层均匀性差，结合性差的技术问题，且本发明表面带有原位自生长碳涂层的sic纤维的电阻率可在100~10-3ω·cm范围内调节。2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：3、本发明一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，将sic纤维在保护性气体与co气体的混合气氛中进行热处理即得表面带有原位自生长碳涂层的sic纤维，4、所述sic纤维的氧含量为3~15%；5、所述热处理的温度为1300~1600℃，优选为1500~1600℃，热处理的时间为0.5~8h。6、发明人发现，采用上述氧含量的sic纤维，在1300℃以上的高温下，sic纤维中的sicxoy相会发生分解产生sio，co气体，而在含co气体的气氛下，分解产生的co将会受到抑制，sicxoy相分解产生的sio气体更多，而sio气体逸出纤维，相当于sicxoy相中的si和o元素通过sio气体的方式从纤维中逸出，剩下c，从而在纤维表面留下一层富碳层，由于本发明的涂层为原位自生长，因此不仅均匀性好，而且结合性能好。7、在本发明中，sic纤维的氧含量需要有效控制，若氧含量过低，无法形成碳涂层；若氧含量过高，纤维强度在经过高温下的处理后会下降。8、进一步的，所述sic纤维的氧含量为8~14%。9、进一步的，所述sic纤维的制备过程为：将pcs聚合物进行熔融纺丝，然后进行不熔化处理，再经高温处理即得。10、在本发明中，pcs聚合物可以是聚二甲基硅烷经过裂解重排转化而来的聚碳硅烷，也可以是通过聚碳硅烷与含ti，zr，al，b，fe，hf的化合物反应生成的掺杂型聚碳硅烷。11、更进一步的，所述不熔化处理的过程为：将熔融纺丝所得原丝置于在空气气氛中，于180~220℃保温0.5~5h。发明人发现，采用上述方式的不熔化处理，可以确保本发明的sic纤维具有合适的氧含量。12、更进一步的，所述高温处理的过程为将不熔化处理后所得不熔化纤维，置于保护气氛中以50~300℃/h的升温速度升温至1000~1400℃保温0.5~2h。13、进一步的，所述混合气氛中，保护性气体与co气体的体积比为1:0.2~100，优选为1：2~30。14、在本发明中，保护性气体均选自氩气、氮气、氦气中的至少一种。发明人发现，co气体的浓度直接影响到碳涂层的生长，co浓度越高，越有利于c涂层的生成。15、进一步的，所述热处理时的压力为50~120kpa。发明人发现，热处理的压力对纤维的强度有一定影响，因为热处理的压力，与纤维分解速度有关，若热处理压力过低，会导致纤维分解速度过快，从而使纤维强度下降，而将热处理的压力控制在本发明范围内，可以使纤维具有可控合适的分解速度，从而避免纤维强度的降低。16、进一步的，碳涂层的厚度为10nm~2μm，优选为30~500nm，进一步优选为300~500nm。17、进一步的，所述表面带有原位自生长碳涂层的sic纤维的电阻率为100~10-3ω·cm。18、在本发明中，纤维涂层的厚度和热处理温度、保温时间、气体比例、纤维氧含量成正相关，因此上述参数的控制控制，可以控制纤维涂层的厚度，纤维涂层的厚度越厚，纤维的电阻率越低，从而使得本发明表面带有原位自生长碳涂层的sic纤维的电阻率可在100~10-3ω·cm范围内调节。19、原理与优势20、本发明的原理为：在1300℃以上的高温下，sic纤维中的sicxoy相会发生分解产生sio，co气体，而在含co气体的气氛下，分解产生的co将会受到抑制，而sio气体逸出纤维，从而在纤维表面留下一层富碳层。21、本发明的有益效果：22、本发明提供的一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，通过控制热处理过程中的升温速度，温度，气体比例，气体压力，在sic纤维表面原位生长了厚度在10nm~2μm可调的碳涂层。该纤维表面所形成的碳层厚度均匀，表面光滑，无任何凸起，且与sic纤维结合性很好。23、本发明提供的一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，工艺简单，采用常规的工业化设备即可进行生产，且生产效率高，一批次可处理大量纤维，可对短纤维，连续纤维，编织的纤维布或预制体进行处理，大大降低了制备碳涂层的生产成本。24、本发明提供的一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，电阻率在100~10-3ω·cm范围内可调，可以应用在吸波领域。技术特征：1.一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，其特征在于：将sic纤维在保护性气体与co气体的混合气氛中进行热处理即得表面带有原位自生长碳涂层的sic纤维，2.根据权利要求1所述的一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，其特征在于：所述sic纤维的氧含量为8~14%。3.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，其特征在于：所述sic纤维的制备过程为：将pcs聚合物进行熔融纺丝，然后进行不熔化处理，再经高温处理即得。4.根据权利要求3所述的一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，其特征在于：所述不熔化处理的过程为：将熔融纺丝所得原丝置于在空气气氛中，于180~220℃保温0.5~5h。5.根据权利要求3所述的一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，其特征在于：所述高温处理的过程为：将不熔化处理后所得不熔化纤维，置于保护气氛中以50~300℃/h的升温速度升温至1000~1400℃保温0.5~2h。6.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，其特征在于：所述混合气氛中，保护性气体与co气体的体积比为1:0.2~100。7.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，其特征在于：所述热处理的压力为50~120kpa。8.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，其特征在于：碳涂层的厚度为10nm~2μm。9.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，其特征在于：所述表面带有原位自生长碳涂层的sic纤维的电阻率为100~10-3ω·cm。技术总结本发明公开了一种碳化硅纤维表面原位生长碳涂层的制备方法，将SiC纤维在保护性气体与CO气体的混合气氛中进行热处理即得表面带有原位自生长碳涂层的SiC纤维，所述SiC纤维的氧含量为3~15%；所述热处理的温度为1300~1600℃，热处理的时间为0.5~8h，本发明采用上述氧含量的SiC纤维，在1300℃以上的高温下，SiC纤维中的SiC