歡迎您來到“SiC纖維”，您將瀏覽到的主要內(nèi)容如下：
㈠、SiC纖維的性能特點(diǎn)
㈡、SiC纖維應(yīng)用狀況
㈢、國外SiC纖維的開發(fā)歷史與現(xiàn)狀
㈣、國內(nèi)SiC纖維的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀
㈤、SiC纖維優(yōu)勢(shì)
一、SiC纖維的性能特點(diǎn)
1、比重輕、高強(qiáng)度、高模量；
2、耐高溫、耐氧化性優(yōu)異；
3、電阻率可調(diào)控:10-1-107Wcm；
4、具有透波性或吸波性；
5、纖維直徑細(xì)、具有可編織性；
6、對(duì)樹脂、金屬與陶瓷的相容性良好。
二、SiC纖維應(yīng)用狀況
1、概況：
⑴、產(chǎn)品形式：纖維、織布、繩、帶等
⑵、主要應(yīng)用方式：復(fù)合材料(FRP、 FRM 、FRC)
⑶、主要應(yīng)用領(lǐng)域：
1)、航空、航天用先進(jìn)復(fù)合材料；
2)、體育用品（高爾夫球棒、羽毛球拍、滑雪板等）。
⑷、市場用量（年）：
1)、日本：年產(chǎn)量的30%（主要用于體育用品、醫(yī)衛(wèi)用品、應(yīng)用研究等）；
2)、美國及西歐國家：由日本進(jìn)口，年產(chǎn)量的70%（主要用于軍事及高技術(shù)領(lǐng)域、應(yīng)用研究等）。
⑸、除部分進(jìn)入實(shí)用外，基本上仍處于應(yīng)用研究、應(yīng)用開發(fā)階段。
2、SiC纖維在航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件上的應(yīng)用開發(fā)狀況（目標(biāo)）：
⑴、經(jīng)受氧化性氣氛中1200℃以上長時(shí)間高溫環(huán)境的CMC（航空發(fā)動(dòng)機(jī)的耐熱部件）；
⑵、與CMC有關(guān)日本國家研究開發(fā)計(jì)劃：
HYPR（超超音速運(yùn)輸推進(jìn)系統(tǒng)）Super/Hyper-Sonic Transport Propulsion System；
AMG （先進(jìn)材料燃?xì)獍l(fā)生器） Advanced Material Gas-Generator。
3、Hi-Nicalon 的應(yīng)用狀況
Hi-Nicalon（已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)）銷售對(duì)象：
⑴、西方國家的大學(xué)與研究所：
用途：用于高溫陶瓷基復(fù)合材料的研究開發(fā)。
⑵、美國：
用途：美國NASA用于開發(fā)超高音速運(yùn)輸機(jī)；
航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的耐熱部件；
DOE用于發(fā)電用高效燃?xì)廨啓C(jī)耐熱部件；
核熔融爐再生區(qū)材料。
4、SiC纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料
⑴、SiCf/Al（重點(diǎn)）；
⑵、Mg,Cu,Pb,Ti等金屬也在進(jìn)行研究；
⑶、纖維增強(qiáng)鋁復(fù)合材料代替Ti金屬，使機(jī)體輕量化；
⑷、纖維體積含量為30％的Al基復(fù)合材料，其彎曲強(qiáng)度為超硬鋁的1.8倍，拉伸強(qiáng)度為1.3倍，減重40％，且在
400℃以下材料的強(qiáng)度降低幅度不大；而特超硬鋁在200℃時(shí)的強(qiáng)度為常溫時(shí)1/5以下。
應(yīng)用實(shí)例：
1、“馬島”戰(zhàn)爭中所用戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的尾翼
2、將SiC/AL復(fù)合材料用作炮管
Nicalon/Al復(fù)合材料的預(yù)制絲（圖片A）
Nicalon/Al的復(fù)合材料（圖片B）
Nicalon/Al的復(fù)合材料（圖片下）
5、SiC纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料
⑴ 、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂復(fù)合材料
⑵ 、與碳纖維FRP相比具有較高的壓縮強(qiáng)度、較高的沖擊強(qiáng)度和優(yōu)異的磨損性，同時(shí)Nicalon環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有優(yōu)異的電性能。
應(yīng)用：
HVR級(jí)Nicalon纖維增強(qiáng)的PMC由于其優(yōu)良的透波性而用作雷達(dá)天線罩和飛行器的結(jié)構(gòu)材料
使用LVR級(jí)Nicalon纖維增強(qiáng)的PMC因?yàn)槠湮ǘ挥糜诮Y(jié)構(gòu)吸波材料。
6、SiC纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料
⑴、SiC纖維增強(qiáng)玻璃復(fù)合材料；
⑵、SiC纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料: SiC/SiC、SiC/Si3N4等。
應(yīng)用實(shí)例：
1、法國 用Nicalon SiC纖維及其編織物增強(qiáng)Nasicon{Na1+xZr2 Six P3-x(0<X<3)}作微波吸收材料；
2、法國 “幻影”2000戰(zhàn)斗機(jī)的M53發(fā)動(dòng)機(jī)魚鱗板內(nèi)側(cè)采用了SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料；
3、英國航天工業(yè)局(AEA)用40vol.%的連續(xù)SiC纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料用于新型航天飛行器獲得成功；
4、美國德克斯特朗特種材料公司生產(chǎn)的連續(xù)SiC纖維/Si3N4 陶瓷在1370℃時(shí)抗拉強(qiáng)度超過276MPa,用于火箭發(fā)
動(dòng)機(jī)、航天飛機(jī)等的隔熱瓦等；
5、在美國，洛克希德公司用SiC纖維編織物增強(qiáng)鋁板制造隱身戰(zhàn)斗機(jī)F-22的四個(gè)直角尾翼，用SiC纖維與PEEK纖維
混雜增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料用于制造隱身巡航導(dǎo)彈的頭錐和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體；
6、在法國，Alcore公司用陶瓷纖維復(fù)合材料制造的無人駕駛隱身飛機(jī)，其中大量采用含鈦的SiC纖維。
三、國外SiC纖維的開發(fā)歷史與現(xiàn)狀
1、國外SiC纖維研究與工業(yè)化開發(fā)歷史
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時(shí) 間 |
研究開發(fā)概況 |
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1975年 |
日本東北大學(xué)矢島教授在實(shí)驗(yàn)室研制成功碳化硅纖維 |
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1976年4月 |
日本碳公司建成月產(chǎn)公斤級(jí)間斷式生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)廠。 |
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1978年12月 |
日本碳公司建成月產(chǎn)25公斤生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)廠。 |
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1980年 |
日本矢島教授研制出含鈦的碳化硅(SiC-TiC)纖維 |
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1981年2月 |
日本碳公司建成月產(chǎn)100公斤的小規(guī)模工廠。 |
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1984年 |
日本宇部公司取得矢島專利進(jìn)行含鈦碳化硅纖維開發(fā) |
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1984年12月 |
日本碳公司建成月產(chǎn)1噸SiC纖維工業(yè)化生產(chǎn)廠,獲得新技術(shù)開發(fā)事業(yè)團(tuán)認(rèn)定，開始以Nicalon商品名銷售。 |
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1988年 |
日本宇部興產(chǎn)公司工業(yè)化開發(fā)成功，以Tyranno商品名銷售。生產(chǎn)能力達(dá)到月產(chǎn)1-2噸。 |
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1992年 |
日本碳公司將生產(chǎn)能力擴(kuò)大到月產(chǎn)4-5噸。 |
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1993年 |
日本碳公司接受新技術(shù)事業(yè)團(tuán)高性能SiC纖維開發(fā)委托。 |
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1995年 |
日本碳公司形成月產(chǎn)1噸Hi-Nicalon纖維的生產(chǎn)能力。 |
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1996-1998年 |
日本宇部興產(chǎn)開發(fā)低氧含量高性能Tyranno-loxM、Tyranno-LoxE纖維、ZM系列纖維、SA纖維 |
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1986-1998年 |
美國Dow corning公司研制成功多結(jié)晶碳化硅纖維并進(jìn)行工業(yè)化開發(fā)，商品名為“Sylramic” |
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1998-1999年 |
日本碳公司Hi-Nicalon纖維開始市場銷售。 |
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1996-1999年 |
德國Bayer公司研制成功無定型Si-B-N-C纖維并進(jìn)行工業(yè)化開發(fā)，商品名為“Siboramic”。 |
2、國外碳化硅纖維性能
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公司 |
日本碳公司 |
日本宇部興產(chǎn) |
美國Dow Corning |
德國Bayer |
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商品名 |
Nicalon |
Tyranno |
Sylramic |
Siboramic |
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纖維直徑（μm） |
12～14 |
10～11 |
10 |
12～14 |
|
抗張強(qiáng)度(GPa) |
2.6～3.0 |
2.8～3.4 |
2.8 |
4.0 |
|
抗張模量(GPa) |
220～420 |
170～380 |
420 |
390 |
|
斷裂伸長（%） |
1.0～1.4 |
1.6～1.9 |
0.8 |
1.0 |
|
密度(g/cm3) |
2.55～3.10 |
2.35～3.10 |
3.10 |
1.85 |
|
耐熱性 |
1000～1600℃ |
1000～1800℃ |
1600℃ |
1800℃ |
|
生產(chǎn)能力（噸/年） |
50-60 |
40-50 |
/ |
/ |
3、SiC纖維與碳纖維相比的特點(diǎn):
A、高溫抗氧化性優(yōu)異(1000-1500℃)；
B、電阻率可調(diào)控: 10-1-107Wcm
C、對(duì)樹脂、金屬與陶瓷的相容性良好。
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Properties |
C fiber |
SiC fiber |
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Density(g.cm-3) |
1.7～2.1 |
2.5～3.1 |
|
Tensile strength/GPa |
3.0～7.0 |
2.6～3.0 |
|
Tensile modulus/GPa |
200～700 |
180～420 |
|
Specific resistance/(W.cm) |
10-3～10-4 |
10-1～106 |
|
Thermal conductivity/(W.m-1k-1) |
10～160 |
12 |
|
Coefficient of thermal expansion /(10-6.K-1) |
0～1.1 |
3～5 |
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Oxida tion resistance |
Commonly |
Well |
四、國內(nèi)SiC纖維的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀
1、國內(nèi)SiC纖維研究與工業(yè)化開發(fā)歷史
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年份 |
研究開發(fā)狀況 |
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1980 |
國防科技大學(xué)開始進(jìn)行先驅(qū)體方法制備SiC纖維的實(shí)驗(yàn)室研究 |
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1981-1985 |
國防科技大學(xué)從原料聚硅烷、聚碳硅烷合成到熔融紡絲、不熔化處理到高溫?zé)�，建立了全部�?shí)驗(yàn)室制造裝置和研究體系，成功制得定長SiC 纖維。 |
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1986-1990 |
國防科技大學(xué)研究成功地制得了100米長的連續(xù)SiC 纖維 |
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1991-1995 |
國防科技大學(xué)建立了月產(chǎn) 10 Kg 的連續(xù) SiC 纖維生產(chǎn)線. 制得長度為300米的連續(xù)碳化硅纖維，抗張強(qiáng)度達(dá)到2.0GPa以上。 |
|
1996-2000 |
國防科技大學(xué)解決原料聚硅烷質(zhì)量問題，增加與完善工藝設(shè)備，進(jìn)行穩(wěn)定性研究，開展了多品種SiC系列纖維的研制。 |
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2001-2004 |
國防科技大學(xué)建立了新型陶瓷纖維及其復(fù)合材料國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。建成年產(chǎn) 500 Kg連續(xù)SiC 纖維生產(chǎn)線。連續(xù)SiC 纖維生產(chǎn)體系通過ISO2000質(zhì)量認(rèn)證，開始批量提供國內(nèi)應(yīng)用部門使用。 |
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2004-2006 |
國防科技大學(xué)開發(fā)形成適用于不同用途的SiC纖維品種，應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。并與民營企業(yè)合作進(jìn)行高性能纖維的工業(yè)化開發(fā)，在蘇州籌建年產(chǎn)2噸高性能連續(xù)SiC纖維的生產(chǎn)線。 |
|
2002-2006 |
廈門大學(xué)采用先驅(qū)體方法，研究以聚碳硅烷為先驅(qū)體，經(jīng)熔融紡絲和電子束輻照不熔化處理制備低氧含量SiC纖維。 |
|
2002-2006 |
中國工程物理研究院采用聚碳硅烷纖維電子束輻照不熔化處理制備低氧含量SiC纖維。 |
2、國內(nèi)連續(xù)SiC纖維的性能
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型號(hào) |
KD-I |
KD-II |
KD-SA |
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纖維直徑(цη) |
12-14 |
12-14 |
12-14 |
|
抗張強(qiáng)度(GPa) |
2.5-3.0 |
2.5-3.0 |
2.0-2.2 |
|
抗張模量(GPa) |
180-200 |
180-200 |
350-380 |
|
斷裂伸長（%） |
1.7-1.8 |
1.7-1.8 |
1.3-1.4 |
|
密度（g/cm3） |
2.45 |
2.50 |
2.98 |
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耐熱性 |
1000℃ |
1000℃ |
1600℃ |
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應(yīng)用 |
CMC、PMC |
CMC、PMC、MMC |
CMC |
五、SiC纖維優(yōu)勢(shì)
耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等特性的連續(xù)非氧化物陶瓷纖維，尤其是連續(xù)SiC纖維，它不僅適應(yīng)于陶瓷基復(fù)合材料，由于其
高溫穩(wěn)定性也適用于金屬基復(fù)合材料。伴隨著在高技術(shù)、高性能武器裝備上的競爭，各發(fā)達(dá)國家對(duì)高性能纖維的研究開發(fā)
給予了高度的重視與投入，開發(fā)出高性能碳纖維、碳化硅（Silicon carbide, SiC）纖維、氮化硅纖維等新型纖維材料，
有力地促進(jìn)了先進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展，提高了相應(yīng)武器裝備的性能水平。
SiC纖維作為一種新型陶瓷纖維，與碳纖維和氧化物纖維相比，在抗拉強(qiáng)度、抗蠕變性能、耐高溫、抗氧化性以及與陶瓷
基體良好相容性方面表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的性能。同時(shí)SiC纖維集“結(jié)構(gòu)—隱身—防熱”多功能于一身，是一種非常理想的
無機(jī)增強(qiáng)纖維，在航天、航空、兵器、船舶和核工業(yè)等一些高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，是我軍發(fā)展高科技武器以及
航空、航天事業(yè)的關(guān)鍵戰(zhàn)略材料之一。由于其軍事敏感性，SiC纖維歷來是國外對(duì)我國的禁運(yùn)產(chǎn)品。為了打破西方國家的
封鎖，滿足國內(nèi)先進(jìn)復(fù)合材料和殺手锏武器研制的需要，提高我軍武器裝備現(xiàn)代化水平，提高我國軍事實(shí)力和綜合國力，
必須研究制備具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的連續(xù)SiC纖維。
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