全世界沒幾家能做的碳化硅纖維究竟有多優秀？

發布時間 | 2021-04-15 11:22 分類 | 粉體應用技術點擊量 | 2686

碳化硅

導讀：碳化硅作為應用廣泛的耐火材料，在傳統領域早已是屢見不鮮，近些年隨著大功率電子器件的發展，也乘著第三代半導體的東風在全世界范圍內刮起了大力發展碳化硅半導體的浪潮，然而世界矚目之下，有...

碳化硅作為應用廣泛的耐火材料，在傳統領域早已是屢見不鮮，近些年隨著大功率電子器件的發展，也乘著第三代半導體的東風在全世界范圍內刮起了大力發展碳化硅半導體的浪潮，然而世界矚目之下，有一個相對小眾的領域卻是已默默研究發展了30余年，那就是極具應用價值，在如今的航天和軍工等領域不可或缺的——碳化硅纖維。

說起特種纖維，大家想必首要想到的便是碳纖維，作為樹脂材料的增強體，所復合形成的碳纖維增強樹脂（CFRP）具有優異的綜合性能，其在導彈、空間平臺和運載火箭、航空器、先進艦船、軌道交通車輛等十幾個領域均有著巨大的發展潛力。

但碳纖維雖然有著高強度、高韌性的優異性能，在耐溫性上卻有一定的限制，相比之下，碳化硅纖維在極端條件下也能夠保持良好的性能，尤其是耐高溫、抗氧化性、高強度、高模量、高化學穩定性等特點，在尖端科技領域，如替代高溫合金的發動機熱端結構件，它是首選材料。

用作增強體的碳化硅材料從形態上分為晶須和連續碳化硅纖維。

晶須是一種單晶，碳化硅的晶須直徑一般為0.1～2um，長度為20～300um，外觀是粉末狀，是一種很少缺陷的，有一定長徑比的單晶纖維，它具有相當好的抗高溫性能和很高強度。主要用于需要高溫高強應用材質的增韌場合，如航天材料、高速切削刀具等。

連續纖維一般是采用先軀體轉化法生產的長絲，具有高強度、高模量及高抗氧化性能，是制備耐高溫復合材料的理想的增強體。

早在上世紀80年代，我國就看到了碳化硅纖維的巨大應用價值，提前布局，專門組織國內xx大學相關科研人員成立了SiC纖維課題組，先后突破了原材料制備與合成聚碳硅烷、連續熔融紡絲、不熔化處理、燒成等關鍵技術，于1991年建成了國內第一條連續碳化硅纖維實驗生產線。

第一代SiC纖維于2005年后實現工業化生產，一舉打破了日美等國長期以來對該類軍事敏感材料的技術封鎖和產品壟斷。

但由于第一代SiC纖維存在氧含量高導致空氣中長期使用溫度不能超過1050℃的不足，與高溫合金相當，優勢不明顯。因此，xx大學開展了第二代(KD-II型)SiC纖維關鍵技術攻關。在保持聚碳硅烷反應活性的同時，通過優化聚碳硅烷組成與結構，突破了可紡性良好的高軟化點聚碳硅烷合成及無氧不熔化處理技術，優化了預燒和終燒工藝，掌握了具有自主知識產權的第二代連續SiC纖維工程化制備技術。

而為了推動第二代連續SiC纖維的產業化，xx大學與九江中船儀表有限責任公司合作于2016年5月在寧波市奉化經濟技術開發區籌建了控股子公司寧波眾興新材料科技有限公司，建設第二代連續碳化硅陶瓷纖維產業化線，以滿足我國國防建設及高端民用裝備市場對高性能連續SiC纖維的需求。

此前，世界上僅日本和美國能批量提供通用級和商品級的SiC纖維，已實現產業化產能達百噸級的僅有日本碳公司和日本宇部興產株式會社。美國GE、法國賽峰和日本碳素公司三家合資成立的日本NGS高級纖維株式會社，主要從事開發與生產航空發動機部件等使用的第三代碳化硅纖維。

小編近日實地拜訪了寧波眾興新材料科技有限公司，技術人員介紹，根據纖維組成、結構及性能的發展變化過程，先驅體法制備的碳化硅纖維可分為三代。第一代纖維耐溫性可達1050℃；第二代纖維耐溫性可達1350℃，在眾興已實現量產，基于此制造的SiC/SiC陶瓷基復合材料相比用于發動機材料的高溫合金，其工作溫度可提高200℃以上，結構減重30%，燃油效率提高10%以上；第三代為高密度、近化學計量比、多晶碳化硅纖維，其耐溫性能大于1500℃，能滿足更多尖端裝備需要，若摻雜特殊金屬可將耐溫提高至1900℃，目前眾興與相關院所正在合作研發中。