碳化硅纤维材料的发展趋势及前景应用

碳化硅纤维材料的发展趋势及前景应用：

碳化硅纤维产品的的发展动向。随科技的发展高性能纤维的需求俞显奇缺，尤其在航空、航天、原子能、高性能武器装备及高温工程等诸多领域,迫切需要高比强度、高比模量、耐高温、抗氧化、耐腐蚀的新型材料。出于SiC的宽禁带性质，SiC制备的紫外光电探测器可在极端条件下应用于生化检测、可燃性气体尾焰探测、臭氧层监测、短波通讯以及导弹羽烟的紫外辐射探测等领域，并适用于恶劣环境的光探测器件与光传感器开发。Mn、Co、AI掺杂SiC薄膜具有比SiC 薄膜更优越的光敏性能，是一种在光催化、太阳能电池、紫外光传感器等多个领域具有研究价值的薄膜材料。1)

碳化硅纤维材料特性：

1)比强度和比模量高。碳化硅复合材料包含35％～50％的碳化硅纤维，因此有较高的比强度和比模量，通常比强度提高1～4倍，比模量提高1～3倍。

2)高温性能好。碳化硅纤维具有卓越的高温性能，碳化硅增强复合材料可提高基体材料的高温性能，比基体金属有更好的高温性能。

3)尺寸稳定性好。碳化硅纤维的热膨胀系数比金属小，仅为(2．3～4．3)×10’6／℃，碳化硅增强金属基复合材料具有很小的热膨胀系数，因此也具有很好的尺寸稳定性能。

4)不吸潮、不老化，使用可靠。碳化硅纤维和金属基体性能稳定，不存在吸潮、老化、分解等问题，保证了使用和可靠性。

5)优良的抗疲劳和抗蠕变性。碳化硅纤维增强复合材料有较好的界面结构，可有效地阻止裂纹扩散，从而使其具有优良的抗疲劳和抗蠕变性能。

6)较好的导热和导电性。碳化硅增强金属基复合材料保持了金属材料良好的导热

和导电性，可避免静电和减少温差。2)

此外，它还具有热变形系数小、光学性能好、各向同性、无毒、能够实现复杂形状的近净尺寸成型等优点，因而成为空间反射镜的首选材料。

碳化硅纤维材料的不足之处：

作为一种多相陶瓷，SiC的材质既硬且脆，加工难度很大；从已见报道的SiC反射镜来看，其面形精度尚不能满足高精度光学系统的成像要求，这使得它在应用中受到限制；常规的碳化硅产品在弥补现有常规纤维的在特殊领域的不足之外尚有许多的缺陷。需要长期的完善，以及创新。在缺陷方面需要做如下的改进：（1）低氧化，不采用空气不熔化处理：（2）进行低碳化处理增加纤维的密度和弹性模量；（3）提高耐热性和耐化学稳定性；（4）CVD法制备的纤维直径太粗，柔韧性太差，难以编织，从而不利于复杂复合材料的制备，先驱体法制备的纤维避免了这些不足等。另外纤维可进行创新改善常规碳化硅不足，科技人员尝试着引入某些金属到纤维结构中，开发出Si-Ti-C-O, Si-Zn-C-O, Si-M-C-O, Si-Al-C-O,等金属碳化硅纤维！这些纤维具有很高的高温强度，非常引人注目，即使在高达2000℃，其强度也下降很少。這些金属纤维较常规的碳化硅纤维有更高的耐热温度。3）

参考文献：

1)《先驱体法制备连续碳化硅纤维》李云飞四川大学

2)《碳化硅纤维及其复合材料的进展》赵稼祥中国航天科技集团703所研究员

3)《碳化硅陶瓷纤维的性能及其在航空航天领域的应用》林智群系湖南农业大学讲师雷永鹏系国防科技

大学博士研究生