埃尔派知识课堂：一篇文章了解碳化硅纤维

碳化硅纤维是以碳和硅为主要组分的一种陶瓷纤维，其耐辐照、耐高温、强度高、模量高、线膨胀系数小，吸波性、化学稳定性和耐化学品腐蚀性能优良，且具有半导体性质，主要用于制备耐高温的金属或陶瓷基复合材料。

碳化硅纤维的分类

碳化硅纤维从形态上可分为晶须和连续纤维两种。

碳化硅晶须是一种外表呈粉末状的单晶纤维，与金刚石属于同一种晶型，缺陷很少且具有一定的长径比，强度和抗高温性能优良。其具有极高的性价比，是目前能够合成得到的晶须中硬度最高、耐热温度最高、模量最大、抗拉伸强度最大的晶须产品，主要用于需要高温、高强应用材质的增韧场合。

碳化硅连续纤维是碳化硅包覆在钨丝或碳纤维等芯丝上形成的连续丝，或通过纺丝和热解得到的纯碳化硅长丝。日本碳公司生产的尼卡纶是一种新型碳化硅连续纤维，比碳纤维、硼纤维具有更高的耐热性、弹性模量、耐高温强度及抗氧化性能，与合成树脂亲和性好，是制备高级复合材料的理想填料。

碳化硅纤维的优势

碳化硅纤维比强度和比模量高，碳化硅复合材料中包含35%～50%的碳化硅纤维，其比强度可提高1～4倍，比模量可提高1~3倍。

碳化硅纤维高温性能卓越、尺寸稳定性好，热膨胀系数比金属小。用碳化硅增强复合材料可提高基体材料的耐高温性能，使金属基复合材料热膨胀系数变小。

碳化硅纤维不吸潮、不老化，具有优良的抗疲劳和抗蠕变性，碳化硅增强复合材料有较好的界面结构，和金属基体性能稳定，可有效地阻止裂纹扩散。

碳化硅纤维有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的导热和导电性，可避免静电并减少温差。

此外，碳化硅纤维具有各向同性，其无毒、光学性能好、热变形系数小、能够实现复杂形状的近净尺寸成型，因而成为制备空间反射镜的首选材料。

碳化硅纤维的缺陷

碳化硅纤维材料作为一种多相陶瓷材质既硬且脆，加工难度很大。

碳化硅反射镜面形精度尚不能够满足高精度光学系统的成像要求，使得它在应用中受到许多限制。

常规的碳化硅产品虽然可以弥补现有常规纤维的不足，但在特殊领域仍有许多缺陷，需要进一步完善和创新。

碳化硅纤维的应用

碳化硅纤维主要用作增强材料和耐高温材料。

用做增强材料时常与碳纤维或玻璃纤维合用，以增强金属和陶瓷为主，如做成喷气式飞机的刹车片、发动机叶片、着陆齿轮箱和机身结构材料等，还可用做体育用品。耐高温材料包括热屏蔽材料、耐高温输送带、过滤高温气体或熔融金属的滤布等，其短切纤维可用做高温炉材等。

碳化硅纤维复合材料可实现减重、热膨胀系数匹配、提高工作温度和热导率等目的，多用于国防军工，如航空、航天等高新技术领域，以及电子组件、空天飞机、战术导弹、先进战斗机和航空发动机等。在高级运动器材上也有应用，如自行车车架等。

未来，我国的碳化硅纤维研发将进入合作与竞争并存的快速发展阶段。一方面加速第二代、第三代碳化硅纤维的产业化进程，降低制造成本，推动碳化硅纤维在航空航天领域的规模化应用，以及在民用、核能等领域的应用。另一方面，功能化碳化硅纤维将呈现百花齐放的格局，围绕特殊应用领域开发专用的碳化硅纤维。