摘要：碳化硅纖維具有突出的耐高溫性能，在軍工和民用領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用空間，本文主要從性能、制備、應(yīng)用、研究現(xiàn)狀等方面對碳化硅纖維進(jìn)行了介紹。

碳化硅纖維是一種高性能陶瓷材料，是以有機硅化合物為原料經(jīng)紡絲、碳化或氣相沉積而制得具有β-碳化硅結(jié)構(gòu)的無機纖維，屬陶瓷纖維類。碳化硅纖維最突出的優(yōu)點是耐高溫性能好，在1000℃以下力學(xué)性能基本上不發(fā)生變化，溫度高達(dá)1300℃以上性能才開始下降，是目前所有增強材料中工作溫度最高的。此外，碳化硅纖維還具有良好的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕、耐輻照和吸波性能等優(yōu)異性能。

碳化硅的制備方法

目前碳化硅纖維的制備方法主要有三種，分別為先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法、化學(xué)氣相沉積法和活性炭轉(zhuǎn)化法(見表1)。目前由日本矢島教授1975年發(fā)明的PIP法是目前制備碳化硅纖維的主要方法，ACF法還在研究發(fā)展階段。

表1 碳化硅纖維的制備工藝

(資料來源：中國知網(wǎng))

碳化硅基復(fù)合材料

碳化硅纖維的主要用途包括：一是可用作高溫耐熱材料，如耐高溫傳送帶、金屬熔體過濾材料、汽車尾氣收塵過濾器等;二是作為增強材料，通常以復(fù)合材料的形式應(yīng)用，碳化硅纖維所具備的抗蠕變、抗氧化、高強度、高模量、耐化學(xué)腐蝕、抗疲勞等優(yōu)異性能正好滿足航空航天、軍工武器裝備對高溫材料的需求，而碳化硅纖維與陶瓷和金屬基體能夠很好相容，因此被認(rèn)為是很有前景的結(jié)構(gòu)材料之一。

碳化硅陶瓷基復(fù)合材料：碳化硅纖維可以和陶瓷基體在性能上互補，陶瓷具有耐高溫、低密度、高比強和高比模的特點，但同時也具有脆性大、可靠性差的弱點，限制了實用性。增強纖維具有高彈性、連續(xù)性、高強度等特點，在陶瓷基體中引入碳化硅纖維作為增強材料正好能夠提高陶瓷基體的韌性和可靠性。目前常用的增強纖維有碳化硅纖維、碳纖維和氧化物纖維，而碳化硅纖維具有的優(yōu)越的耐高溫性能和低密度，可用于制造航空發(fā)動機的熱端部件，包括燃燒室、尾噴管部位、渦輪外環(huán)、加力燃燒室、轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)向葉片等。

碳化硅金屬基復(fù)合材料：金屬基復(fù)合材料同時具備金屬材料和非金屬材料的雙重性能，擁有更好的耐磨性、韌性、熱膨脹、導(dǎo)電性等機械物理性能，而引入碳化硅作為增強纖維的金屬基復(fù)合材料，性能更加優(yōu)越，成本也低于硼纖維等其他增強纖維，在軍工武器裝備、航空航天、汽車、運動器材等領(lǐng)域都有較大的應(yīng)用空間。常見的碳化硅金屬基復(fù)合材料有鋁基復(fù)合材料、鎂基復(fù)合材料、碳鈦基復(fù)合材料和銅基復(fù)合材料等。

碳化硅纖維的研究現(xiàn)狀

國外：日本是最早研究碳化硅纖維的國家，目前也是世界上碳化硅纖維制備工藝最成熟的國家，但是日本的碳化硅纖維產(chǎn)品的80%由美國包銷，目前國際上最主要的碳化硅纖維企業(yè)是日本碳(Nippon Carbon)公司和宇部興產(chǎn)(Ube Industries)。PIP是碳化硅纖維最廣泛使用的制備方法，隨著航空航天領(lǐng)域?qū)岫藰?gòu)件材料的性能要求提升，碳化硅纖維已經(jīng)發(fā)展至第三代，均已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，分別為高氧高碳碳化硅纖維、低氧高碳碳化硅纖維和近化學(xué)計量比碳化硅纖維(見表2)，第三代碳化硅纖維的雜質(zhì)氧、游離碳含量已經(jīng)大大減少，但是減少氧含量依然是PIP法碳化硅制備工藝的研究重點。

表2 國外已經(jīng)實現(xiàn)了三代碳化硅纖維的產(chǎn)業(yè)化

(資料來源：中國知網(wǎng))

國內(nèi)：國內(nèi)碳化硅纖維制備工藝方面，各項關(guān)鍵技術(shù)以經(jīng)取得突破，綜合性能接近國外同類產(chǎn)品。工業(yè)化生產(chǎn)方面，國內(nèi)已實現(xiàn)了第一代碳化硅纖維的工業(yè)化，初步實現(xiàn)第二代碳化硅纖維生產(chǎn)。我國碳化硅纖維的研究現(xiàn)狀和工業(yè)化情況見表3。

表3 我國碳化硅纖維的研究現(xiàn)狀和工業(yè)化情況

(資料來源：廣發(fā)證券研究中心)

目前，我國部分碳化硅纖維技術(shù)已經(jīng)與國際接軌，但整體上我國距離國際先進(jìn)水平還有較大差距，特別是工業(yè)化生產(chǎn)水平方面尤為明顯。

結(jié)語

碳化硅纖維具有突出的耐高溫性能，作為增強材料受到航空航天領(lǐng)域的關(guān)注，用于制造發(fā)動機的熱端部件;目前世界上最廣泛的制備碳化硅纖維的工藝是先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法，國外目前已經(jīng)實現(xiàn)了三代碳化硅纖維的工業(yè)化生產(chǎn);我國碳化硅纖維技術(shù)水平已達(dá)到國際水平，但工業(yè)化生產(chǎn)方面差距較大。