欢迎您来到“SiC纤维”，您将浏览到的主要内容如下：
㈠、SiC纤维的性能特点
㈡、SiC纤维应用状况
㈢、国外SiC纤维的开发历史与现状
㈣、国内SiC纤维的发展历史与现状
㈤、SiC纤维优势
一、SiC纤维的性能特点
1、比重轻、高强度、高模量；
2、耐高温、耐氧化性优异；
3、电阻率可调控:10-1-107Wcm；
4、具有透波性或吸波性；
5、纤维直径细、具有可编织性；
6、对树脂、金属与陶瓷的相容性良好。
二、SiC纤维应用状况
1、概况：
⑴、产品形式：纤维、织布、绳、带等
⑵、主要应用方式：复合材料(FRP、 FRM 、FRC)
⑶、主要应用领域：
1)、航空、航天用先进复合材料；
2)、体育用品（高尔夫球棒、羽毛球拍、滑雪板等）。
⑷、市场用量（年）：
1)、日本：年产量的30%（主要用于体育用品、医卫用品、应用研究等）；
2)、美国及西欧国家：由日本进口，年产量的70%（主要用于军事及高技术领域、应用研究等）。
⑸、除部分进入实用外，基本上仍处于应用研究、应用开发阶段。
2、SiC纤维在航空发动机部件上的应用开发状况（目标）：
⑴、经受氧化性气氛中1200℃以上长时间高温环境的CMC（航空发动机的耐热部件）；
⑵、与CMC有关日本国家研究开发计划：
HYPR（超超音速运输推进系统）Super/Hyper-Sonic Transport Propulsion System；
AMG （先进材料燃气发生器） Advanced Material Gas-Generator。
3、Hi-Nicalon 的应用状况
Hi-Nicalon（已实现工业化生产）销售对象：
⑴、西方国家的大学与研究所：
用途：用于高温陶瓷基复合材料的研究开发。
⑵、美国：
用途：美国NASA用于开发超高音速运输机；
航天飞机发动机的耐热部件；
DOE用于发电用高效燃气轮机耐热部件；
核熔融炉再生区材料。
4、SiC纤维增强金属基复合材料
⑴、SiCf/Al（重点）；
⑵、Mg,Cu,Pb,Ti等金属也在进行研究；
⑶、纤维增强铝复合材料代替Ti金属，使机体轻量化；
⑷、纤维体积含量为30％的Al基复合材料，其弯曲强度为超硬铝的1.8倍，拉伸强度为1.3倍，减重40％，且在
400℃以下材料的强度降低幅度不大；而特超硬铝在200℃时的强度为常温时1/5以下。
应用实例：
1、“马岛”战争中所用战术导弹的尾翼
2、将SiC/AL复合材料用作炮管
Nicalon/Al复合材料的预制丝（图片A）
Nicalon/Al的复合材料（图片B）
Nicalon/Al的复合材料（图片下）
5、SiC纤维增强树脂基复合材料
⑴ 、环氧树脂、聚酰亚胺树脂复合材料
⑵ 、与碳纤维FRP相比具有较高的压缩强度、较高的冲击强度和优异的磨损性，同时Nicalon环氧树脂复合材料具有优异的电性能。
应用：
HVR级Nicalon纤维增强的PMC由于其优良的透波性而用作雷达天线罩和飞行器的结构材料
使用LVR级Nicalon纤维增强的PMC因为其吸波而被用于结构吸波材料。
6、SiC纤维增强陶瓷基复合材料
⑴、SiC纤维增强玻璃复合材料；
⑵、SiC纤维增强陶瓷基复合材料: SiC/SiC、SiC/Si3N4等。
应用实例：
1、法国 用Nicalon SiC纤维及其编织物增强Nasicon{Na1+xZr2 Six P3-x(0<X<3)}作微波吸收材料；
2、法国 “幻影”2000战斗机的M53发动机鱼鳞板内侧采用了SiCf/SiC陶瓷基复合材料；
3、英国航天工业局(AEA)用40vol.%的连续SiC纤维增强陶瓷基复合材料用于新型航天飞行器获得成功；
4、美国德克斯特朗特种材料公司生产的连续SiC纤维/Si3N4 陶瓷在1370℃时抗拉强度超过276MPa,用于火箭发
动机、航天飞机等的隔热瓦等；
5、在美国，洛克希德公司用SiC纤维编织物增强铝板制造隐身战斗机F-22的四个直角尾翼，用SiC纤维与PEEK纤维
混杂增强的结构材料用于制造隐身巡航导弹的头锥和火箭发动机壳体；
6、在法国，Alcore公司用陶瓷纤维复合材料制造的无人驾驶隐身飞机，其中大量采用含钛的SiC纤维。
三、国外SiC纤维的开发历史与现状
1、国外SiC纤维研究与工业化开发历史
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时 间 |
研究开发概况 |
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1975年 |
日本东北大学矢岛教授在实验室研制成功碳化硅纤维 |
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1976年4月 |
日本碳公司建成月产公斤级间断式生产实验厂。 |
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1978年12月 |
日本碳公司建成月产25公斤生产实验厂。 |
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1980年 |
日本矢岛教授研制出含钛的碳化硅(SiC-TiC)纤维 |
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1981年2月 |
日本碳公司建成月产100公斤的小规模工厂。 |
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1984年 |
日本宇部公司取得矢岛专利进行含钛碳化硅纤维开发 |
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1984年12月 |
日本碳公司建成月产1吨SiC纤维工业化生产厂,获得新技术开发事业团认定，开始以Nicalon商品名销售。 |
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1988年 |
日本宇部兴产公司工业化开发成功，以Tyranno商品名销售。生产能力达到月产1-2吨。 |
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1992年 |
日本碳公司将生产能力扩大到月产4-5吨。 |
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1993年 |
日本碳公司接受新技术事业团高性能SiC纤维开发委托。 |
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1995年 |
日本碳公司形成月产1吨Hi-Nicalon纤维的生产能力。 |
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1996-1998年 |
日本宇部兴产开发低氧含量高性能Tyranno-loxM、Tyranno-LoxE纤维、ZM系列纤维、SA纤维 |
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1986-1998年 |
美国Dow corning公司研制成功多结晶碳化硅纤维并进行工业化开发，商品名为“Sylramic” |
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1998-1999年 |
日本碳公司Hi-Nicalon纤维开始市场销售。 |
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1996-1999年 |
德国Bayer公司研制成功无定型Si-B-N-C纤维并进行工业化开发，商品名为“Siboramic”。 |
2、国外碳化硅纤维性能
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公司 |
日本碳公司 |
日本宇部兴产 |
美国Dow Corning |
德国Bayer |
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商品名 |
Nicalon |
Tyranno |
Sylramic |
Siboramic |
|
纤维直径（μm） |
12～14 |
10～11 |
10 |
12～14 |
|
抗张强度(GPa) |
2.6～3.0 |
2.8～3.4 |
2.8 |
4.0 |
|
抗张模量(GPa) |
220～420 |
170～380 |
420 |
390 |
|
断裂伸长（%） |
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 |
|
耐热性 |
1000～1600℃ |
1000～1800℃ |
1600℃ |
1800℃ |
|
生产能力（吨/年） |
50-60 |
40-50 |
/ |
/ |
3、SiC纤维与碳纤维相比的特点:
A、高温抗氧化性优异(1000-1500℃)；
B、电阻率可调控: 10-1-107Wcm
C、对树脂、金属与陶瓷的相容性良好。
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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、国内SiC纤维的发展历史与现状
1、国内SiC纤维研究与工业化开发历史
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年份 |
研究开发状况 |
|
1980 |
国防科技大学开始进行先驱体方法制备SiC纤维的实验室研究 |
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1981-1985 |
国防科技大学从原料聚硅烷、聚碳硅烷合成到熔融纺丝、不熔化处理到高温烧成，建立了全部实验室制造装置和研究体系，成功制得定长SiC 纤维。 |
|
1986-1990 |
国防科技大学研究成功地制得了100米长的连续SiC 纤维 |
|
1991-1995 |
国防科技大学建立了月产 10 Kg 的连续 SiC 纤维生产线. 制得长度为300米的连续碳化硅纤维，抗张强度达到2.0GPa以上。 |
|
1996-2000 |
国防科技大学解决原料聚硅烷质量问题，增加与完善工艺设备，进行稳定性研究，开展了多品种SiC系列纤维的研制。 |
|
2001-2004 |
国防科技大学建立了新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室。建成年产 500 Kg连续SiC 纤维生产线。连续SiC 纤维生产体系通过ISO2000质量认证，开始批量提供国内应用部门使用。 |
|
2004-2006 |
国防科技大学开发形成适用于不同用途的SiC纤维品种，应用范围逐步扩大。并与民营企业合作进行高性能纤维的工业化开发，在苏州筹建年产2吨高性能连续SiC纤维的生产线。 |
|
2002-2006 |
厦门大学采用先驱体方法，研究以聚碳硅烷为先驱体，经熔融纺丝和电子束辐照不熔化处理制备低氧含量SiC纤维。 |
|
2002-2006 |
中国工程物理研究院采用聚碳硅烷纤维电子束辐照不熔化处理制备低氧含量SiC纤维。 |
2、国内连续SiC纤维的性能
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型号 |
KD-I |
KD-II |
KD-SA |
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纤维直径(цη) |
12-14 |
12-14 |
12-14 |
|
抗张强度(GPa) |
2.5-3.0 |
2.5-3.0 |
2.0-2.2 |
|
抗张模量(GPa) |
180-200 |
180-200 |
350-380 |
|
断裂伸长（%） |
1.7-1.8 |
1.7-1.8 |
1.3-1.4 |
|
密度（g/cm3） |
2.45 |
2.50 |
2.98 |
|
耐热性 |
1000℃ |
1000℃ |
1600℃ |
|
应用 |
CMC、PMC |
CMC、PMC、MMC |
CMC |
五、SiC纤维优势
耐高温、抗氧化、耐腐蚀等特性的连续非氧化物陶瓷纤维，尤其是连续SiC纤维，它不仅适应于陶瓷基复合材料，由于其
高温稳定性也适用于金属基复合材料。伴随着在高技术、高性能武器装备上的竞争，各发达国家对高性能纤维的研究开发
给予了高度的重视与投入，开发出高性能碳纤维、碳化硅（Silicon carbide, SiC）纤维、氮化硅纤维等新型纤维材料，
有力地促进了先进复合材料的发展，提高了相应武器装备的性能水平。
SiC纤维作为一种新型陶瓷纤维，与碳纤维和氧化物纤维相比，在抗拉强度、抗蠕变性能、耐高温、抗氧化性以及与陶瓷
基体良好相容性方面表现出一系列优异的性能。同时SiC纤维集“结构—隐身—防热”多功能于一身，是一种非常理想的
无机增强纤维，在航天、航空、兵器、船舶和核工业等一些高技术领域具有广泛的应用前景，是我军发展高科技武器以及
航空、航天事业的关键战略材料之一。由于其军事敏感性，SiC纤维历来是国外对我国的禁运产品。为了打破西方国家的
封锁，满足国内先进复合材料和杀手锏武器研制的需要，提高我军武器装备现代化水平，提高我国军事实力和综合国力，
必须研究制备具有自主知识产权的连续SiC纤维。
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