碳化硅作為應(yīng)用廣泛的耐火材料，在傳統(tǒng)領(lǐng)域早已是屢見不鮮，近些年隨著大功率電子器件的發(fā)展，也乘著第三代半導(dǎo)體的東風(fēng)在全世界范圍內(nèi)刮起了大力發(fā)展碳化硅半導(dǎo)體的浪潮，然而世界矚目之下，有一個(gè)相對(duì)小眾的領(lǐng)域卻是已默默研究發(fā)展了30余年，那就是極具應(yīng)用價(jià)值，在如今的航天和軍工等領(lǐng)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(qiáng)體，所復(fù)合形成的碳纖維增強(qiáng)樹脂（CFRP）具有優(yōu)異的綜合性能，其在導(dǎo)彈、空間平臺(tái)和運(yùn)載火箭、航空器、先進(jìn)艦船、軌道交通車輛等十幾個(gè)領(lǐng)域均有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

但碳纖維雖然有著高強(qiáng)度、高韌性的優(yōu)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(qiáng)度、高模量、高化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在尖端科技領(lǐng)域，如替代高溫合金的發(fā)動(dòng)機(jī)熱端結(jié)構(gòu)件，它是首選材料。

用作增強(qiáng)體的碳化硅材料從形態(tài)上分為晶須和連續(xù)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(dāng)好的抗高溫性能和很高強(qiáng)度。主要用于需要高溫高強(qiáng)應(yīng)用材質(zhì)的增韌場合，如航天材料、高速切削刀具等。

連續(xù)纖維一般是采用先軀體轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的長絲，具有高強(qiáng)度、高模量及高抗氧化性能，是制備耐高溫復(fù)合材料的理想的增強(qiáng)體。

早在上世紀(jì)80年代，我國就看到了碳化硅纖維的巨大應(yīng)用價(jià)值，提前布局，專門組織國內(nèi)xx大學(xué)相關(guān)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(xù)熔融紡絲、不熔化處理、燒成等關(guān)鍵技術(shù)，于1991年建成了國內(nèi)第一條連續(xù)碳化硅纖維實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線。

第一代SiC纖維于2005年后實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，一舉打破了日美等國長期以來對(duì)該類軍事敏感材料的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品壟斷。

但由于第一代SiC纖維存在氧含量高導(dǎo)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(dāng)，優(yōu)勢不明顯。因此，xx大學(xué)開展了第二代(KD-II型)SiC纖維關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。在保持聚碳硅烷反應(yīng)活性的同時(shí)，通過優(yōu)化聚碳硅烷組成與結(jié)構(gòu)，突破了可紡性良好的高軟化點(diǎn)聚碳硅烷合成及無氧不熔化處理技術(shù)，優(yōu)化了預(yù)燒和終燒工藝，掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第二代連續(xù)SiC纖維工程化制備技術(shù)。

而為了推動(dòng)第二代連續(xù)SiC纖維的產(chǎn)業(yè)化，xx大學(xué)與九江中船儀表有限責(zé)任公司合作于2016年5月在寧波市奉化經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)籌建了控股子公司寧波眾興新材料科技有限公司，建設(shè)第二代連續(xù)碳化硅陶瓷纖維產(chǎn)業(yè)化線，以滿足我國國防建設(shè)及高端民用裝備市場對(duì)高性能連續(xù)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(jí)和商品級(jí)的SiC纖維，已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)能達(dá)百噸級(jí)的僅有日本碳公司和日本宇部興產(chǎn)株式會(huì)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(jí)纖維株式會(huì)社，主要從事開發(fā)與生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件等使用的第三代碳化硅纖維。

小編近日實(shí)地拜訪了寧波眾興新材料科技有限公司，技術(shù)人員介紹，根據(jù)纖維組成、結(jié)構(gòu)及性能的發(fā)展變化過程，先驅(qū)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(dá)1050℃；第二代纖維耐溫性可達(dá)1350℃，在眾興已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，基于此制造的SiC/SiC陶瓷基復(fù)合材料相比用于發(fā)動(dòng)機(jī)材料的高溫合金，其工作溫度可提高200℃以上，結(jié)構(gòu)減重30%，燃油效率提高10%以上；第三代為高密度、近化學(xué)計(jì)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(guān)院所正在合作研發(fā)中。

連續(xù)碳化硅纖維

連續(xù)SiC纖維產(chǎn)品應(yīng)用

目前眾興新材料所生產(chǎn)的連續(xù)SiC纖維批量化長度可達(dá)1000m，已走在世界前列，主要用于航空、航天、核工業(yè)等領(lǐng)域。由于制造工藝的特性，導(dǎo)致SiC纖維現(xiàn)在的價(jià)格仍極為昂貴，大多數(shù)領(lǐng)域都難以承受，SiC纖維的推廣應(yīng)用仍有很長的一段路要走。

不過對(duì)于一些有特殊性能要求的應(yīng)用領(lǐng)域，SiC纖維不失為一種極優(yōu)良的耐溫增韌填料，只需少量添加復(fù)合，或許就能使產(chǎn)品突破瓶頸，達(dá)到更優(yōu)的性能，在大規(guī)模應(yīng)用還難以實(shí)現(xiàn)的當(dāng)前，SiC晶須或短纖維作為功能性填料也是一種值得嘗試的應(yīng)用方式。

碳化硅短纖維

可以預(yù)見到，未來我國的SiC纖維研發(fā)將進(jìn)入合作與競爭并存的快速發(fā)展階段，一方面加速第二代、第三代SiC纖維的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，降低制造成本，推動(dòng)SiC纖維在航空航天領(lǐng)域的規(guī)模應(yīng)用以及民用、核能等領(lǐng)域的應(yīng)用，另一方面功能化SiC纖維將呈現(xiàn)百花齊放的格局，圍繞特殊應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)專用的SiC纖維。

堅(jiān)持自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)多品種連續(xù)SiC纖維的高性能、低成本規(guī)模應(yīng)用，將這種由國外封鎖壟斷的最尖端領(lǐng)域的材料國產(chǎn)化并且產(chǎn)業(yè)化，是一條艱苦而漫長的道路，但必須要有人走下去，小編相信，在我們的院所科研團(tuán)隊(duì)及眾興新材料這樣優(yōu)秀的高新技術(shù)企業(yè)的協(xié)力并進(jìn)下，再難的技術(shù)瓶頸也終有攻克的一天！