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碳化硅纖維

發(fā)布時(shí)間：2023-09-25 15:05:25 0

碳化硅纖維（SiC 纖維）是繼碳纖維之后發(fā)展的又一種新型高性能纖維，屬國(guó)家戰(zhàn)略性新興材料。當(dāng)前，采用碳化硅纖維制造的陶瓷基復(fù)合材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值 非常顯著，西方發(fā)達(dá)國(guó)家已成功應(yīng)用此類產(chǎn)品改良航空發(fā)動(dòng)機(jī)多個(gè)部件，提升了航空發(fā) 動(dòng)機(jī)的效率。隨著碳化硅纖維性能進(jìn)一步改善，生產(chǎn)工藝逐步優(yōu)化，未來(lái)該材料有望在更多航空 發(fā)動(dòng)機(jī)部件上應(yīng)用，并有望擴(kuò)展至其他高價(jià)值民用領(lǐng)域，潛在市場(chǎng)空間廣闊。
3.2.1 概述及應(yīng)用方向
SiC 纖維是一種以有機(jī)硅化合物為原料，經(jīng)紡絲、碳化或氣相沉積而制得的具有β-碳化 硅結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)纖維，屬于陶瓷纖維一類。自 20 世紀(jì) 80 年代 SiC 纖維問(wèn)世以來(lái)，SiC 纖 維已有三次明顯的產(chǎn)品迭代，其耐熱性與強(qiáng)度都得到了明顯增強(qiáng)。目前，第三代碳化硅 纖維的最高耐熱溫度達(dá) 1800-1900℃，耐熱性和耐氧化性均優(yōu)于碳纖維。材料強(qiáng)度方面， 第三代碳化硅纖維拉伸強(qiáng)度達(dá) 2.5～4GPa，拉伸模量達(dá) 290～400GPa，在最高使用溫 度下強(qiáng)度保持率在 80%以上。目前，碳化硅纖維的潛在應(yīng)用包括耐熱材料、耐腐蝕材 料、纖維增強(qiáng)金屬、裝甲陶瓷、增強(qiáng)材料等方向，在航空航天、軍工裝備、民用航空器 等領(lǐng)域有較高使用價(jià)值。
SiC 纖維的一個(gè)主要用途是制作 SiC 復(fù)合陶瓷基材料（CMC 材料）。這種材料是在 SiC 陶瓷基體的基礎(chǔ)上，將 SiC 纖維作為增強(qiáng)材料引入基體中制作而成的，是一種尖端復(fù)合 材料。CMC 材料是高溫合金的替代品，相比于高溫合金具有更強(qiáng)的耐熱性、抗氧化性， 同時(shí)具有更低的密度。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，應(yīng)用 CMC 材料可以進(jìn)一步提高渦輪進(jìn)氣溫 度，進(jìn)而提升發(fā)動(dòng)機(jī)效率。同時(shí)，CMC 材料降低了結(jié)構(gòu)密度，實(shí)現(xiàn)了輕量化，提升了 航空器的推重比。因此，SiC 復(fù)合陶瓷基材料被認(rèn)為是臨近空間飛行器、可重復(fù)使用航 天器的熱結(jié)構(gòu)部件的理想材料，其研發(fā)和應(yīng)用得到了主流機(jī)構(gòu)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的高度重視。
目前，西方發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)商已將 CMC 材料應(yīng)用于多個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件，主要包括 發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口、渦輪靜子葉片、噴管調(diào)節(jié)片、燃燒室火焰筒等部位。但是，由于 CMC 材料具有脆性易斷、加工性弱的缺點(diǎn)，其在渦輪轉(zhuǎn)子、高壓渦輪領(lǐng)域的運(yùn)用仍在探索中。

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