DOI:10.1016/j.ceramint.2020.07.019

碳化钛（TiC）纤维是一种极具吸引力的功能材料，在能源、环境和生物等领域有着广泛的应用。本研究设计了一种简单的前驱物固相反应法，以通过静电纺丝制备TiC纤维。将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）添加到合成的聚钛氧烷（PTO）中来制备前驱体，并分析所得TiC纤维的合成过程、结构和热性能。在对前驱体进行静电纺丝后，可获得均匀直径约为1.22μm的光滑连续的前驱体纤维。随着制备温度的升高，纤维的相组成通过热解和碳热还原从TiCxOy演变成TiC。化学状态分析结果表明，所制备的TiC纤维的表面表现出非常弱的氧化性，从而导致TiO2和TiCxOy的形成。另外，所有制备的纤维均显示出均匀的形态且无粘附现象。采用本实验方法可以获得直径约为0.55μm的连续TiC纤维。

图1.前驱体的合成过程示意图。

图2.TiC纤维的制备过程：（a）静电纺丝，（b）250℃下热处理的前驱体，（c）加热过程中的纤维演变，以及（d）热处理后的TiC纤维。

图3.聚钛氧烷（PTO）溶液的合成步骤。

图4.（a）合成的PTO和（b）纤维前驱体的FT-IR光谱。

图5.纤维前驱体的合成步骤。

图6.前驱体纤维的TG/DSC曲线。

图7.（a）在不同温度下制备的TiC纤维的XRD图谱，以及（b）TiC主峰的放大图。

图8.（a）在1500℃下制备的TiC纤维的XPS光谱图，以及与（b）Ti 2p、（c）C 1s、（d）O 1s相关的XPS光谱。

图9.（a）经过250℃热处理的前驱体纤维和在不同温度下制备的TiC纤维的SEM图像：（b）1200℃、（c）1300℃、（d）1400℃、（e）1500℃和（f）1600℃。

图10.在1500℃下制备的TiC纤维的（a，b）TEM图像和（c，d）高分辨率TEM（HRTEM）图像。