国产连续碳化硅纤维工程材料的进展及应用
发布日期： 2016-05-22 00:00:00 阅读量（527） 作者：随着航天和航空工业的发展，迫切需要低相对密度、高强度、高模量和耐高温的工程材料。 SiC纤维满足这些要求，并具有高温抗氧化性、耐腐蚀、低热膨胀系数、低密度等优点，成为近年来发展较快的高温陶瓷基复合材料的增韧补强纤维，受到国内外材料界广泛关注，并作为重点发展的纤维品种之一。
1 .连续SiC纤维的发展情况
目前，制备连续SiC纤维的方法主要有先驱体转化法(Preceramic Polymer Pyrolysis，3P法)、化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposited， CVD法)、化学气相反应法(Chemical Vapor Reaction，CVR法)等，先驱体转化法是目前比较成熟且已实现工业化生产的方法，是工业化制备SiC纤维的主要方法。
1975年日本东北大学Yajima教授以及1980年我国国防科技大学，先后用先驱体转化法成功开发出连续SiC纤维，奠定了先驱体法制备SiC纤维工业化的基础。1978年日本碳公司取得Yajima教授的SiC纤维专利实施权后，在日本新技术开发事业团的支持下，组织国内30多名项级材料专家，经近10年的努力，耗资约1.1×109日元，于1989年完全实现了纤维的工业化生产，产品以Nicalon商品名正式进入市场销售。日本宇部兴产公司也于1988年产业化制成功另一种连续Si-Ti-C-O纤维，以Tyranno商品名销售。美国也于同期制备了多晶纤维，并以Sylramic商品名销售。我国于1980年开始研制连续SiC纤维，2011年苏州赛力菲陶纤有限公司完成产业化技术攻关并开始生产连续SiC纤维，并以“赛力菲-SLF”(Cerafil)商品名销售。
2 国产连续SiC纤维新进展
SiC纤维因其特殊性，一直被作为军事敏感材料，国外对我国实行技术封锁和产品垄断。2011年，苏州赛力菲陶纤有限公司成功实现连续SiC纤维的产业化，并开始向国内相关单位提供可用纤维，使我国成为继日本和美国后又一个能实现连续SiC纤维产业化的国家，从而解决了国内高温抗氧化复合材料领域所需高性能陶瓷纤维品种“无米之炊”的状况。
2.1 陶瓷前驱体—聚碳硅烷(PCS)
PCS是制备SiC纤维的主要原料，也是高性能SiC陶瓷基复合材料重要的基体材料。苏州赛力菲陶纤有限公司通过设备改造和技术优化，PCS的种类由原来的一种固态PCS增加到3种，分别为固态PCS(分子量可调)、液态LPCS和异元素 PMCS，通过严格控制原材料的质量和过程，产品的质量水平也稳步提高。
目前苏州赛力菲陶纤有限公司PCS产能为5 t/a，可批量供应市场，产能40 t/a的产业化基地正在建设中。该产品可用作SiC陶瓷基复合材料(碳/陶、陶/陶复合材料)基体，广泛应用于航天、航空、交通等领域。
2.2 连续SiC纤维
目前世界上已实现产业化产能达百吨级的仅有日本碳公司和日木宇部兴产株式会社，典型产品牌号分别为Nicalon NL-200及Tyranno Lox M，其余牌号均未见投产报道。苏州赛力菲陶纤有限公司自2011年实现产业化后，为进一步提高纤维性能和简化工艺，又突破了单纺位500孔成丝技术，可批量提供性能稳定的产品。
与国外产品相比，赛力菲SLF-I纤维的力学性能与编制性能接近或达到国外产品，但在综合性能和产能上仍有一定的差距，需要不懈努力尽快赶上。目前苏州赛力菲陶纤有限公司已经实现产能吨级连续SiC纤维，产能10 t/a的产业化基地正在建设中。
3 连续SiC纤维应用
SiC纤维具有高强度、高模量、耐高温、抗氧化、抗蠕变、耐化学腐蚀、耐盐雾、优良电磁波吸收等特性，与金属和树脂基体具有良好的兼容性，可在多领域中用作高耐热、抗氧化材料以及高性能复合材料的增强材料，尤其适宜作航空发动机、临近空间飞行器及可重复使用航天器等热结构材料的主选材料。
4 展望
新型航空航天器和尖端武器用热结构件，要求材料具有优异的比强比模、抗冲击能力、环境耐受性以及有氧环境下的耐高温能力。陶瓷纤维增强金属基及陶瓷基复合材料可以满足以上要求，但氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、玄武岩纤维的耐热温度均不超过1 200 ℃，其密度、热嘭胀系数、导热系数、电磁性能等均限制其应用，因此，研究开发高性能的陶瓷纤维己成为当前国际上金属基复合材料(MMC)及陶瓷基复合材料(CMC)研究的重点之一。
随着我国SiC纤维的产业化，缓解了围内SiC CMC“无米之炊”的局面。第一代SiC纤维的应用与发展是SiC纤维产业化的基础和发展的动力，随着空间技术的发展、应用技术的提高以及应用范围的不断扩大，对SiC纤维的性能提出新的要求，为适应不同部位热结构材料应用需求，开发不同性能品种的SiC纤维和降低成本也值得关注，预测SiC纤维将成为本世纪最引人注目和最值得发展的高科技材料品种之一，将具有广阔的发展空间和市场前景。
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