Preparation of Composite Threads and Hollow Ceramic Fibers Based on Carbon Fibre and Aluminum Oxide

Abstract

В настоящей работе изготовлены и исследованы композиционные нити состава «углерод-керамика». В качестве углеродной основы использованы волокна марки УКН-12к, полученные из полиакрилонитрила. Керамическое покрытие синтезировано из оксида алюминия. Изготовление композиционных нитей проводили в ходе повторяемого многостадийного процесса, включавшего приготовление водного золя гидроксида алюминия, его нанесение на углеродную основу и прокалку получаемых нитей в проточном реакторе в инертной атмосфере (Ar) при температуре 1000 °C. Методом рентгенофазового анализа было подтверждено, что получающееся из оксида алюминия керамическое покрытие состоит исключительно из его α-фазы. Следует отметить, что наличие оксида алюминия на поверхности углеродного волокна обеспечивает защиту углеродной основы и повышает смачиваемость, что значительно расширяет возможности как применения, так и модификации последнего. Согласно термогравиметрическим исследованиям, было установлено, что такое покрытие повышает термоустойчивость волокна на воздухе, а именно сдвигает температуру начала активного окисления на 120-150 °C вплоть до 550 °C. Также было обнаружено, что при более высоких температурах 800-1000 °C обеспечивается полное выгорание углеродной сердцевины, в результате чего формируются полые керамические волокна. Согласно данным растровой электронной микроскопии выявлено, что внутренний диаметр получаемых волокон соответствует диаметру использованного углеродного волокна и составляет в приведенных в работе примерах 5-7 мкм. Обнаружено, что морфология керамических волокон повторяет внешнюю структуру углеродного прекурсора, что можно использовать для изготовления как жгутов, так и войлока из полых керамических волокон, пригодных для изготовления мембран, высокотемпературных фильтров и композиционных материалов.