碳化硅纤维

发布于2023-09-25 15:05:37 点击：0

碳化硅纤维（SiC 纤维）是继碳纤维之后发展的又一种新型高性能纤维，属国家战略性新兴材料。当前，采用碳化硅纤维制造的陶瓷基复合材料在航空发动机领域的应用价值非常显著，西方发达国家已成功应用此类产品改良航空发动机多个部件，提升了航空发动机的效率。随着碳化硅纤维性能进一步改善，生产工艺逐步优化，未来该材料有望在更多航空发动机部件上应用，并有望扩展至其他高价值民用领域，潜在市场空间广阔。

3.2.1 概述及应用方向

SiC 纤维是一种以有机硅化合物为原料，经纺丝、碳化或气相沉积而制得的具有β-碳化硅结构的无机纤维，属于陶瓷纤维一类。自 20 世纪 80 年代 SiC 纤维问世以来，SiC 纤维已有三次明显的产品迭代，其耐热性与强度都得到了明显增强。目前，第三代碳化硅纤维的最高耐热温度达 1800-1900℃，耐热性和耐氧化性均优于碳纤维。材料强度方面，第三代碳化硅纤维拉伸强度达 2.5～4GPa，拉伸模量达 290～400GPa，在最高使用温度下强度保持率在 80%以上。目前，碳化硅纤维的潜在应用包括耐热材料、耐腐蚀材料、纤维增强金属、装甲陶瓷、增强材料等方向，在航空航天、军工装备、民用航空器等领域有较高使用价值。

SiC 纤维的一个主要用途是制作 SiC 复合陶瓷基材料（CMC 材料）。这种材料是在 SiC 陶瓷基体的基础上，将 SiC 纤维作为增强材料引入基体中制作而成的，是一种尖端复合材料。CMC 材料是高温合金的替代品，相比于高温合金具有更强的耐热性、抗氧化性，同时具有更低的密度。在航空发动机领域，应用 CMC 材料可以进一步提高涡轮进气温度，进而提升发动机效率。同时，CMC 材料降低了结构密度，实现了轻量化，提升了航空器的推重比。因此，SiC 复合陶瓷基材料被认为是临近空间飞行器、可重复使用航天器的热结构部件的理想材料，其研发和应用得到了主流机构与航空发动机制造商的高度重视。

目前，西方发达国家生产商已将 CMC 材料应用于多个航空发动机热端部件，主要包括发动机尾喷口、涡轮静子叶片、喷管调节片、燃烧室火焰筒等部位。但是，由于 CMC 材料具有脆性易断、加工性弱的缺点，其在涡轮转子、高压涡轮领域的运用仍在探索中。