一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维及其制备方法，该导电陶瓷纤维的电导率为10

A conductive ceramic fiber based on silicon carbide and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维及其制备方法
本专利技术涉及导电纤维
，尤其是一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维及其制备方法。
技术介绍
导电纤维不仅具有优异的电学性能，而且具备可编织性，在抗静电、柔性传感器、电磁屏蔽等领域应用广泛。特别是近年来可穿戴电子产品的迅猛发展，直接推动了导电纤维在可穿戴电子产品领域的应用需求。导电纤维根据其材料特点可以分为有机导电纤维、金属导电纤维和无机非金属导电纤维。有机导电纤维包括各种主链存在π共轭结构的高分子纤维，比如聚吡咯纤维、聚噻吩纤维、聚苯胺纤维等。然而，由于高分子主链中的共轭结构，致使导电高分子很难进行合成和纺丝，并且制备成本也高。另外，也可将金属、金属化合物、碳黑颗粒、石墨烯、碳纳米管等导电物质通过溅射镀层、物理吸附、化学反应、共混纺丝等方法涂覆在普通有机纤维表面或掺杂在纤维内部形成涂覆型导电纤维或者复合型导电纤维。涂覆型纤维导电性较好，但是在后期加工中容易造成纤维表层的导电物质脱落。复合型导电纤维容易抱合，可加工性好，被广泛用于工业生产,但是其耐高温性能差。金属导电纤维是指通过熔抽法、切削法、拉伸法等将铝、铜、银等金属制备成纤维形状而形成的导电纤维，其导电性非常优异，能接近纯金属，但是金属导电纤维制备难度大，而且可加工性较差，难以形成细直径导电纤维。无机非金属导电纤维目前主要包括碳纤维，具有导电性能优良、直径细、强度高、耐磨、耐腐蚀等优点，但是其抗氧化性能差。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维及其制备方法，用于克服现有技术中难以进行合成和纺丝，不耐高温，导电物质易脱落，可加工性较差等缺陷，提供一种新型的无机非金属导电纤维，同时该导电陶瓷纤维的制备难度低、工艺过程简单。为实现上述目的，本专利技术提出一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维，所述导电陶瓷纤维的电导率为102～104S/m，拉伸强度为0.4～2.8GPa，模量为60～280GPa。为实现上述目的，本专利技术还提出一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维的制备方法，包括以下步骤：在真空条件下，以100～600℃/h的升温速率将连续SiC纤维从室温加热至设定温度，然后在所述设定温度下保温1～5h，自然冷却，得到所述导电陶瓷纤维。与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：1、本专利技术提供的导电陶瓷纤维的电导率为102～104S/m，拉伸强度为0.4～2.8GPa，模量为60～280GPa。本专利技术提供的导电陶瓷纤维的电导率可以实现102～104S/m大范围调控，同时其力学性能也能满足应用的需求，而且直径细、具有良好的柔性。2、本专利技术提供的导电陶瓷纤维制备方法，得到的导电纤维由于其芯部为碳化硅，因此该纤维具有良好的耐高温、抗氧化、耐腐蚀等性能。此外，本专利技术提供的制备方法不会破坏原料SiC纤维的截面形状，从而使制备得到的导电陶瓷纤维也具有良好的形貌。3、本专利技术提供的导电陶瓷纤维制备方法原料来源广阔，制备过程简单，操作方便，能够实现导电纤维的大规模制备。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为实施例5中制备得到的连续导电陶瓷纤维的表面扫描电镜照片；图2为实施例5中制备得到的连续导电陶瓷纤维的截面扫描电镜照片；图3为实施例5中制备得到的连续导电陶瓷纤维粉末样品的高角环形暗场像、碳和硅元素分布图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。本专利技术提出一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维，所述导电陶瓷纤维的电导率为102～104S/m，拉伸强度为0.4～2.8GPa，模量为60～280GPa。本专利技术还提出一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维的制备方法，包括以下步骤：在真空条件下，以100～600℃/h的升温速率将连续SiC纤维从室温加热至设定温度，然后在所述设定温度下保温1～5h，自然冷却，得到所述导电陶瓷纤维。优选地，所述连续SiC纤维的氧含量低于5wt％，选择合适的连续SiC纤维以保证最终制备得到的纤维产品性能优异。优选地，所述连续SiC纤维为掺杂Zr、Al、Fe、Ag、Cu、Au、Hf、Re、Nb、B、Ti、N、Ta和/或Ir的连续SiC纤维。本专利技术的制备方法可采用不同形态的SiC纤维原料，并可以制得相应形态的导电纤维，适用范围广。优选地，所述连续SiC纤维的拉伸强度为1.5GPa以上，模量为260GPa以上。选择性能优异的原料以保证获得的导电陶瓷纤维的性能优异。优选地，所述设定温度为1500～1800℃。温度控制在1500～1800℃范围内获得的纤维导电性能更优异。优选地，所述真空条件是指环境的压力小于50Pa，以利于在纤维表面形成导电层。众所周知，碳化硅是半导体，所以由先驱体转化法制备而成的碳化硅陶瓷纤维，其导电性很差。本专利技术通过高温热处理，提高碳化硅纤维的导电性，使其成为良好的导体。因此，本专利技术提供一种新型的无机非金属导电纤维，即基于碳化硅的导电陶瓷纤维，该纤维耐高温、抗氧化、密度低、柔性好，制备难度低，操作简单，易于实现工业化生产。实施例1本实施例提供一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维制备方法，包括以下步骤：将KD-II型第二代连续SiC纤维(拉伸强度为2.73GPa，模量为290GPa，氧含量低于3wt％)置于石墨炉，抽真空，然后以300℃/h的升温速率从室温升温至1500℃，然后在1500℃下保温1h，自然降温待炉子冷却后，取出产物，即得到导电陶瓷纤维。本实施例制备得到的导电陶瓷纤维拉伸强度为2.62GPa，模量为279GPa，电导率为4.3×102S/m。纤维的电导率通过高阻表测量和计算得到的。纤维拉伸强度和模量的测试采用万能试验机(原始拉伸长度为25mm)测量。实施例2本实施例提供一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维制备方法，与实施例1相比，本实施例的升温及保温温度为1600℃，其他过程同实施例1。本实施例制备得到的导电陶瓷纤维拉伸强度为2.4GPa，模量为271GPa，电导率为9.2×102S/m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维，其特征在于，所述导电陶瓷纤维的电导率为10

【技术特征摘要】
1.一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维，其特征在于，所述导电陶瓷纤维的电导率为102～104S/m，拉伸强度为0.4～2.8GPa，模量为60～280GPa。


2.一种基于碳化硅的导电陶瓷纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在真空条件下，以100～600℃/h的升温速率将连续SiC纤维从室温加热至设定温度，然后在所述设定温度下保温1～5h，自然冷却，得到所述导电陶瓷纤维。


3.如权利要求2所述的导电陶瓷纤维的制备方法，其特征在于，所述连续SiC纤维的氧含量低于5wt％。


4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟燕子，王应德，邵长伟，王小宙，王兵，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43