歡迎您來到“SiC纖維”，您將瀏覽到的主要內容如下：
㈠、SiC纖維的性能特點
㈡、SiC纖維應用狀況
㈢、國外SiC纖維的開發歷史與現狀
㈣、國內SiC纖維的發展歷史與現狀
㈤、SiC纖維優勢
一、SiC纖維的性能特點
1、比重輕、高強度、高模量；
2、耐高溫、耐氧化性優異；
3、電阻率可調控:10-1-107Wcm；
4、具有透波性或吸波性；
5、纖維直徑細、具有可編織性；
6、對樹脂、金屬與陶瓷的相容性良好。
二、SiC纖維應用狀況
1、概況：
⑴、產品形式：纖維、織布、繩、帶等
⑵、主要應用方式：復合材料(FRP、 FRM 、FRC)
⑶、主要應用領域：
1)、航空、航天用先進復合材料；
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：年產量的30%（主要用于體育用品、醫衛用品、應用研究等）；
2)、美國及西歐國家：由日本進口，年產量的70%（主要用于軍事及高技術領域、應用研究等）。
⑸、除部分進入實用外，基本上仍處于應用研究、應用開發階段。
2、SiC纖維在航空發動機部件上的應用開發狀況（目標）：
⑴、經受氧化性氣氛中1200℃以上長時間高溫環境的CMC（航空發動機的耐熱部件）；
⑵、與CMC有關日本國家研究開發計劃：
HYPR（超超音速運輸推進系統）Super/Hyper-Sonic Transport Propulsion System；
AMG （先進材料燃氣發生器） Advanced Material Gas-Generator。
3、Hi-Nicalon 的應用狀況
Hi-Nicalon（已實現工業化生產）銷售對象：
⑴、西方國家的大學與研究所：
用途：用于高溫陶瓷基復合材料的研究開發。
⑵、美國：
用途：美國NASA用于開發超高音速運輸機；
航天飛機發動機的耐熱部件；
DOE用于發電用高效燃氣輪機耐熱部件；
核熔融爐再生區材料。
4、SiC纖維增強金屬基復合材料
⑴、SiCf/Al（重點）；
⑵、Mg,Cu,Pb,Ti等金屬也在進行研究；
⑶、纖維增強鋁復合材料代替Ti金屬，使機體輕量化；
⑷、纖維體積含量為30％的Al基復合材料，其彎曲強度為超硬鋁的1.8倍，拉伸強度為1.3倍，減重40％，且在
400℃以下材料的強度降低幅度不大；而特超硬鋁在200℃時的強度為常溫時1/5以下。
應用實例：
1、“馬島”戰爭中所用戰術導彈的尾翼
2、將SiC/AL復合材料用作炮管
Nicalon/Al復合材料的預制絲（圖片A）
Nicalon/Al的復合材料（圖片B）
Nicalon/Al的復合材料（圖片下）
5、SiC纖維增強樹脂基復合材料
⑴ 、環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂復合材料
⑵ 、與碳纖維FRP相比具有較高的壓縮強度、較高的沖擊強度和優異的磨損性，同時Nicalon環氧樹脂復合材料具有優異的電性能。
應用：
HVR級Nicalon纖維增強的PMC由于其優良的透波性而用作雷達天線罩和飛行器的結構材料
使用LVR級Nicalon纖維增強的PMC因為其吸波而被用于結構吸波材料。
6、SiC纖維增強陶瓷基復合材料
⑴、SiC纖維增強玻璃復合材料；
⑵、SiC纖維增強陶瓷基復合材料: SiC/SiC、SiC/Si3N4等。
應用實例：
1、法國 用Nicalon SiC纖維及其編織物增強Nasicon{Na1+xZr2 Six P3-x(0<X<3)}作微波吸收材料；
2、法國 “幻影”2000戰斗機的M53發動機魚鱗板內側采用了SiCf/SiC陶瓷基復合材料；
3、英國航天工業局(AEA)用40vol.%的連續SiC纖維增強陶瓷基復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的連續SiC纖維/Si3N4 陶瓷在1370℃時抗拉強度超過276MPa,用于火箭發
動機、航天飛機等的隔熱瓦等；
5、在美國，洛克希德公司用SiC纖維編織物增強鋁板制造隱身戰斗機F-22的四個直角尾翼，用SiC纖維與PEEK纖維
混雜增強的結構材料用于制造隱身巡航導彈的頭錐和火箭發動機殼體；
6、在法國，Alcore公司用陶瓷纖維復合材料制造的無人駕駛隱身飛機，其中大量采用含鈦的SiC纖維。
三、國外SiC纖維的開發歷史與現狀
1、國外SiC纖維研究與工業化開發歷史
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時 間 |
研究開發概況 |
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1975年 |
日本東北大學矢島教授在實驗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公斤級間斷式生產實驗廠。 |
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1978年12月 |
日本碳公司建成月產25公斤生產實驗廠。 |
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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100公斤的小規模工廠。 |
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1984年 |
日本宇部公司取得矢島專利進行含鈦碳化硅纖維開發 |
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1984年12月 |
日本碳公司建成月產1噸SiC纖維工業化生產廠,獲得新技術開發事業團認定，開始以Nicalon商品名銷售。 |
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1988年 |
日本宇部興產公司工業化開發成功，以Tyranno商品名銷售。生產能力達到月產1-2噸。 |
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1992年 |
日本碳公司將生產能力擴大到月產4-5噸。 |
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1993年 |
日本碳公司接受新技術事業團高性能SiC纖維開發委托。 |
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1995年 |
日本碳公司形成月產1噸Hi-Nicalon纖維的生產能力。 |
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1996-1998年 |
日本宇部興產開發低氧含量高性能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公司研制成功多結晶碳化硅纖維并進行工業化開發，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纖維并進行工業化開發，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 |
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℃ |
|
生產能力（噸/年） |
50-60 |
40-50 |
/ |
/ |
3、SiC纖維與碳纖維相比的特點:
A、高溫抗氧化性優異(1000-1500℃)；
B、電阻率可調控: 10-1-107Wcm
C、對樹脂、金屬與陶瓷的相容性良好。
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Properties |
C fiber |
SiC fiber |
|
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 |
|
Oxida tion resistance |
Commonly |
Well |
四、國內SiC纖維的發展歷史與現狀
1、國內SiC纖維研究與工業化開發歷史
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年份 |
研究開發狀況 |
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1980 |
國防科技大學開始進行先驅體方法制備SiC纖維的實驗室研究 |
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1981-1985 |
國防科技大學從原料聚硅烷、聚碳硅烷合成到熔融紡絲、不熔化處理到高溫燒成，建立了全部實驗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 |
國防科技大學研究成功地制得了100米長的連續SiC 纖維 |
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1991-1995 |
國防科技大學建立了月產 10 Kg 的連續 SiC 纖維生產線. 制得長度為300米的連續碳化硅纖維，抗張強度達到2.0GPa以上。 |
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1996-2000 |
國防科技大學解決原料聚硅烷質量問題，增加與完善工藝設備，進行穩定性研究，開展了多品種SiC系列纖維的研制。 |
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2001-2004 |
國防科技大學建立了新型陶瓷纖維及其復合材料國防科技重點實驗室。建成年產 500 Kg連續SiC 纖維生產線。連續SiC 纖維生產體系通過ISO2000質量認證，開始批量提供國內應用部門使用。 |
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2004-2006 |
國防科技大學開發形成適用于不同用途的SiC纖維品種，應用范圍逐步擴大。并與民營企業合作進行高性能纖維的工業化開發，在蘇州籌建年產2噸高性能連續SiC纖維的生產線。 |
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2002-2006 |
廈門大學采用先驅體方法，研究以聚碳硅烷為先驅體，經熔融紡絲和電子束輻照不熔化處理制備低氧含量SiC纖維。 |
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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、國內連續SiC纖維的性能
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型號 |
KD-I |
KD-II |
KD-SA |
|
纖維直徑(цη) |
12-14 |
12-14 |
12-14 |
|
抗張強度(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 |
|
耐熱性 |
1000℃ |
1000℃ |
1600℃ |
|
應用 |
CMC、PMC |
CMC、PMC、MMC |
CMC |
五、SiC纖維優勢
耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等特性的連續非氧化物陶瓷纖維，尤其是連續SiC纖維，它不僅適應于陶瓷基復合材料，由于其
高溫穩定性也適用于金屬基復合材料。伴隨著在高技術、高性能武器裝備上的競爭，各發達國家對高性能纖維的研究開發
給予了高度的重視與投入，開發出高性能碳纖維、碳化硅（Silicon carbide, SiC）纖維、氮化硅纖維等新型纖維材料，
有力地促進了先進復合材料的發展，提高了相應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出一系列優異的性能。同時SiC纖維集“結構—隱身—防熱”多功能于一身，是一種非常理想的
無機增強纖維，在航天、航空、兵器、船舶和核工業等一些高技術領域具有廣泛的應用前景，是我軍發展高科技武器以及
航空、航天事業的關鍵戰略材料之一。由于其軍事敏感性，SiC纖維歷來是國外對我國的禁運產品。為了打破西方國家的
封鎖，滿足國內先進復合材料和殺手锏武器研制的需要，提高我軍武器裝備現代化水平，提高我國軍事實力和綜合國力，
必須研究制備具有自主知識產權的連續SiC纖維。
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