碳纖維（Carbon fiber）是一種高強度和模量的耐高溫纖維，為化纖的高端品種。為了產生碳纖維，碳原子在晶體中被鍵合在一起，平行排列的纖維長軸給予碳纖維相當高的強度-體積比，因此碳纖維具有相當優異的物理特性，如高硬度，高強度，重量輕，高耐化學性，耐高溫和低的熱膨脹等，在航天工程、土木工程，軍事，賽車與其他競技體育運動制品中很受歡迎。

碳纖維最主要的應用形式，就是與陶瓷、塑料、金屬等材料復合使用，通過自身優異的物理性質去補足或是增強基體材料的某些特性，比如說碳纖維復合SiC陶瓷材料的強度和韌性就得到了很好的改善——這是因為復合陶瓷在斷裂時會發生纖維拔出、橋連、脫粘和斷裂，使基體裂紋發生微化和偏轉等，從而提高陶瓷韌性。

備注：纖維拔出是指靠近裂紋尖端的纖維在外應力作用下沿界面的滑出現象，顯著的拔出效應可以提高復合材料的韌性。

碳纖維陶瓷制動盤

但是碳纖維有個很致命的問題，那就是它的抗氧化性能差，在400℃就開始氧化，這就大大地限制了碳纖維的應用范圍。為改善碳纖維的抗氧化性，在碳纖維表面引入一層具有強抗氧化的保護膜，對于提高碳纖維的抗氧化性是非常重要的。目前可用于高溫長時抗氧化的涂層材料中，六方氮化硼（hBN）由于具有低密度、高熔點、高電阻率、良好的熱傳導和極低的介電常數等優異性能，因此是碳纖維保護膜的首選截面材料。

據科學家研究，BN在空氣中的起始氧化溫度高于800℃，并且其類石墨的層狀結構與炭纖維具有良好的熱物理相容性，作為纖維表面涂層材料可進一步提高碳纖維得抗氧化能力；而且在雷達偵測等領域，BN涂層包覆炭纖維后，由于其低的介電常數(5.16)和低介電損耗(0.0002)與空氣相近，因此更容易實現阻抗匹配，可減少電磁波在炭纖維表面的直接反射。

BN涂層的制備工藝

BN涂層的制備工藝較為常見，主要分為兩種：其一是化學氣相沉積法（CVD），特點是涂層連續均勻，厚度可控，纖維強度保留率高，是制備BN 涂層的常用方法。采用CVD 法制備 BN 涂層的流程如圖所示：

在制備涂層的過程中，混合氣體的比例，沉積的壓力、時間、以及溫度等都對涂層的厚度、質量有很大的影響。因此雖然CVD法制備涂層有連續均勻，厚度可控的優點，但對設備要求較高，制備周期長，且難以制備厚壁以及大尺寸構件。

另一種工藝“前驅體浸漬裂解法”也常用于纖維涂層的制備，其流程為：將處理過的纖維（除去表面上漿劑）浸漬在一定濃度的有機陶瓷前驅體溶液中，使得纖維表面涂覆上前驅體溶液，再經過固化、交聯以及裂解逐漸形成陶瓷基體，最后經過多輪次浸漬裂解在纖維表面形成致密的陶瓷涂層。下圖為纖維涂層形成過程示意圖：

纖維涂層過程示意圖

此法具有制備工藝簡單，易于制備大尺寸構件的優點，但也存在涂層缺陷多，涂層制備工藝對纖維強度有一定損傷等問題。目前前驅體浸漬裂解法已在碳化硅纖維、碳纖維表面制備氮化硼涂層上實現了應用。

資料來源：

碳纖維表面 BN 涂層的制備和表征，韋永山，杜作娟，李想，黃小忠，惠憶聰，梁艷梅，程勇，周珊，楊澤波，王超英，陳輝，龍國寧。

炭纖維表面BN涂層的制備及其介電性能，李楊，肖鵬，周偉，羅衡。

氮化硼涂層的CVD制備工藝研究，李琳琳。

氮化硅纖維表面氮化硼涂層的制備與性能研究，延成宇。

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