碳化硅纤维的特点与应用
碳化硅的应用现状及展望

碳化硅的制造方法
碳热还原法
将硅粉和炭黑(或焦炭)混合,在高温下 反应制得碳化硅。
物理气相沉积法
利用物理方法在气相状态下沉积出碳化硅 。
化学气相沉积法
利用化学反应在气相状态下沉积出碳化硅 。
激光诱导法
利用激光诱导反应在液态或固态表面上沉 积出碳化硅。
02
碳化硅的应用现状
电力领域的应用
总结词
随着电力系统的不断发展,碳化硅(SiC)材料在电力 领域的应用逐渐广泛,主要应用于电力电子器件,如 二极管、晶体管等,以其高耐压、低能耗、高效率等 优点,在电力转换和输配电领域发挥着重要作用。
05
碳化硅的可持续发展前景
提高能源利用效率
碳化硅作为高效能、高温特性的半导体材料,在电力电子器件、高温大功率电子 器件等方面有着广泛的应用。
在新能源领域,碳化硅可以用于制造太阳能电池,提高光电转换效率,从而提升 能源利用效率。
在电动汽车领域,碳化硅可以用于制造快速充电桩,缩短充电时间,提高能源利 用效率。
汽车领域的应用
总结词
碳化硅(SiC)在汽车领域的应用也日益增多,主要应 用于汽车电子控制系统和电机驱动系统,以其高效率、 低能耗和高温特性,提高了汽车的燃油经济性和排放性 能。
详细描述
随着新能源汽车和智能汽车的快速发展,SiC在汽车领 域的应用逐渐增多。在汽车电子控制系统方面,SiC可 以用于制造功率半导体器件,如MOSFET、IGBT等, 提高电力转换效率和可靠性。此外,SiC还可以用于电 机驱动系统,如电动汽车的电机控制器和混合动力汽车 的发动机控制系统。SiC的高温特性使其能够在高温环 境下工作,提高了汽车的燃油经济性和排023-10-27
目录
• 碳化硅简介 • 碳化硅的应用现状 • 碳化硅的未来展望 • 碳化硅市场分析 • 碳化硅的可持续发展前景
陶瓷纤维的分类

陶瓷纤维的分类陶瓷纤维是一种高性能纤维材料,具有优异的耐高温、耐腐蚀和机械性能。
它通常由氧化铝、硅酸盐和其他添加剂组成,通过高温熔融和纺丝工艺制成。
根据其化学成分和结构特点,陶瓷纤维可以分为以下几类:1. 氧化铝纤维:氧化铝纤维是一种以氧化铝为主要成分的陶瓷纤维。
它具有优异的耐高温性能,能够在高达1800摄氏度的温度下使用。
氧化铝纤维具有低热容量、低导热性和优异的绝缘性能,因此广泛应用于高温隔热材料、耐火材料和高温电子元件等领域。
2. 硅酸盐纤维:硅酸盐纤维是以硅酸盐为主要成分的陶瓷纤维。
它具有较好的耐高温性能和化学稳定性,能够在高温下长期稳定使用。
硅酸盐纤维主要包括玻璃纤维和石棉纤维。
玻璃纤维在建筑、电子、汽车等领域有广泛应用,而石棉纤维由于其对人体健康的危害性,已经逐渐被禁用。
3. 碳化硅纤维:碳化硅纤维是一种以碳化硅为主要成分的陶瓷纤维。
它具有优异的耐高温性能和抗氧化性能,能够在高温下长期稳定使用。
碳化硅纤维具有较低的密度和优异的力学性能,因此被广泛应用于航空航天、能源和化工等领域的高温结构材料。
4. 硼酸盐纤维:硼酸盐纤维是一种以硼酸盐为主要成分的陶瓷纤维。
它具有较高的熔融温度和优异的耐腐蚀性能,能够在极端的化学环境中使用。
硼酸盐纤维在核工业、航空航天和电子等领域有广泛应用,用于制备耐高温、耐腐蚀的材料和器件。
5. 其他陶瓷纤维:除了以上几种主要的陶瓷纤维外,还有一些其他类型的陶瓷纤维,如氮化硅纤维、碳化硼纤维、氧化锆纤维等。
这些陶瓷纤维具有各自独特的性能和应用领域,用于满足不同领域对高性能纤维材料的需求。
总结起来,陶瓷纤维可以根据其化学成分和结构特点进行分类,包括氧化铝纤维、硅酸盐纤维、碳化硅纤维、硼酸盐纤维和其他陶瓷纤维。
这些陶瓷纤维具有不同的特性和应用领域,为高温、耐腐蚀和机械性能要求较高的领域提供了重要的材料选择。
碳化硅相关介绍范文

碳化硅相关介绍范文碳化硅(Silicon Carbide,简称SiC)是一种重要的半导体材料,具有优异的物理和化学性质,被广泛应用于电子、能源和化工等领域。
本文将从多个方面对碳化硅进行综合介绍。
1.基本性质碳化硅具有极高的熔点(约2700℃),使其在高温环境下具有出色的稳定性。
此外,碳化硅的热导率高,电导率较高,可优化电子器件的散热和导电性能。
碳化硅具有广泛的带隙宽度范围(约2.2eV-3.2eV),可满足不同电子器件的应用需求。
此外,由于碳化硅的高硬度和耐腐蚀性,可用于制备高性能陶瓷和涂层。
2.半导体应用碳化硅是一种优异的半导体材料,因为它具有较高的电子迁移率(比硅高几倍)和较高的击穿场强。
这使得碳化硅在高温和高功率应用中表现出色。
碳化硅晶体管(MOSFET)和肖特基势垒二极管(Schottky Diode)是碳化硅半导体的两个典型应用。
碳化硅晶体管具有低导通电阻和高电压承受能力,适用于高功率电子设备和新能源领域。
碳化硅肖特基二极管具有快速开关速度和低反向导通损耗,被广泛应用于高频和高温电子器件。
3.光电子器件应用碳化硅在光电子器件领域具有广泛的应用前景。
由于它的较大带隙,碳化硅可以作为紫外光探测器、紫外光发射二极管和激光器等器件的基底材料。
碳化硅还具有较高的非线性光学系数,可用于制备光学调制器和光学开关等光纤通信设备。
此外,碳化硅的热稳定性和耐辐照性也使其成为高能粒子探测器和核辐照监测器的理想材料。
4.电力传输应用由于碳化硅具有高击穿场强和高热导率等优良性能,它在电力传输领域有着广泛的应用。
碳化硅可以用于制造高压输电线路的绝缘子件,能够提高输电效率和可靠性。
此外,碳化硅还可以用于制造高压电力设备和电力变换器,用于促进电力传输和分配的效率和可靠性的提高。
5.化学工业应用碳化硅还在化学工业领域有广泛的应用。
由于碳化硅的高耐腐蚀性,它可以用作化学反应器的内涂层材料,以抵抗酸、碱和高温等极端环境条件。
碳化硅材料的性质及其在电子行业的应用

碳化硅材料的性质及其在电子行业的应用随着科技的不断进步,材料学科也在不断的发展。
作为一种新兴的材料,碳化硅在近些年来得到了越来越多人的关注。
碳化硅材料不仅具有很好的机械性能和化学稳定性,而且具有很高的热稳定性、抗辐射性以及耐磨损性等优异性能,因此在电子行业中得到广泛的应用。
1. 碳化硅的基本性质碳化硅是一种由碳和硅元素组成的陶瓷材料,它的硬度可以达到摩氏硬度9.5,仅次于金刚石。
此外,碳化硅还具有很好的高温稳定性,可以在高达1400℃的温度下维持稳定。
同时,由于碳化硅可以耐受高辐射和高压条件,因此在核电站的建设中也被广泛应用。
碳化硅的导热性也非常好,是金属铜的3倍以上。
而且,碳化硅还具有很好的化学稳定性,可以耐受酸、碱等腐蚀性物质的侵蚀,因此在化学工业中也有广泛的应用。
2. 碳化硅在电子行业中的应用碳化硅作为一种优异的材料,可以在电子行业中发挥重要的作用。
2.1 半导体材料碳化硅是一种带有半导体性质的材料,在电子学领域中可以用作半导体材料。
由于碳化硅可以较好的耐受高温和高辐射的情况,因此可以应用于高温、高频电子元件,如功率半导体器件,微波器件,以及其它类似元件。
在这些电子元件中,碳化硅可以提高器件的可靠性和寿命,并且可以有效的降低元器件的工作温度,提高元器件的工作效率。
2.2 光电子领域碳化硅在光电子领域中的应用很广泛。
碳化硅可以用作电光调制器、微波光子集成器件、光伏器件等。
同时,由于碳化硅具有优秀的耐腐蚀性能及透明性,使得它可以成为高温炉灯管电极、半导体中的夹层材料以及红外光学器件等的重要材料。
2.3 硬质涂层碳化硅的硬度仅次于金刚石,使得它可以用于生产硬质涂层。
硬质涂层可以提高机械零件的硬度和耐磨损性,从而减少因摩擦而带来的磨损和材料的损坏,延长使用寿命。
3. 结语随着科技的不断发展,新材料的出现将会引领新的潮流。
因此,不论是从基础的材料研究还是从应用层面上,都需要进一步加强碳化硅材料的相关研究。
碳纤维布的特性以及运用

碳纤维布的特性以及运用碳纤维布的特性碳纤维布是一种由高强度碳纤维编制的织物材料。
碳纤维布具有以下特点:1.高强度:碳纤维的强度比钢铁高出十倍以上,碳纤维布的强度也相应非常高,可以达到1600MPa以上。
2.轻质:碳纤维的密度只有钢铁的1/4,因此碳纤维布非常轻便。
3.耐腐蚀:碳纤维布不被酸、碱、溶剂等化学物质侵蚀,具有很好的化学稳定性。
4.耐高温:碳纤维布的耐高温性能非常好,可以承受高达2000℃的高温。
5.导电性:碳纤维布可以导电,可以通过碳纤维电加热。
碳纤维布的运用由于碳纤维布具有高强度、轻质、耐腐蚀、耐高温等特性,广泛应用于航空航天、汽车、体育用品、医疗设备等领域。
航空航天领域碳纤维布可以用来制造飞机、卫星、导弹等航空航天器材的部件。
由于碳纤维布具有轻质、高强度、耐高温等特性,所制造的飞机、卫星、导弹等设备速度更快、效率更高。
汽车领域碳纤维布可以用来制造汽车零部件,如车门、车轮、发动机盖、车身等。
由于碳纤维布具有高强度、轻质、耐腐蚀等特性,使用碳纤维制造的汽车零部件具有更好的强度和耐用性,同时轻量化设计也能降低汽车油耗。
体育用品领域碳纤维布可以用来制造体育用品,如高尔夫球杆、网球拍、自行车等。
由于碳纤维布具有高强度、轻质等特性,使用碳纤维制造的体育用品具有更好的使用效果,如高尔夫球杆更容易击球远、自行车更耐用等。
医疗设备领域碳纤维布可以用来制造医疗设备,如X光透视架、手术台、支架等。
由于碳纤维布具有高强度、耐腐蚀等特性,使用碳纤维制造的医疗设备具有更好的耐用性和稳定性,可以更好地用于医疗领域。
综上所述,碳纤维布具有优异的特性,可以应用于不同领域。
未来随着技术的不断发展,碳纤维布的应用领域将会更加广泛。
纳米碳化硅的用途

纳米碳化硅的用途1. 引言纳米碳化硅(Nano Silicon Carbide,简称nSiC)是一种具有优异性能的新型材料,由碳和硅元素组成。
它具有高熔点、高硬度、高强度、耐腐蚀等特点,被广泛应用于多个领域。
本文将详细介绍纳米碳化硅的用途及其在不同领域中的应用。
2. 电子领域中的应用纳米碳化硅在电子领域中有着广泛的应用。
首先,nSiC具有卓越的导热性能和耐高温特性,可作为高功率电子器件(如功率模块、光伏逆变器)中散热材料使用。
其次,由于nSiC具有优异的电气特性和较大的禁带宽度,可作为半导体材料应用于集成电路、功率器件等领域。
3. 汽车工业中的应用在汽车工业中,纳米碳化硅也起到了重要作用。
首先,nSiC具有优异的力学性能和耐高温特性,在发动机部件、刹车片等高温环境下能够保持稳定性能。
其次,nSiC还可用于制造轻量化零部件,如碳化硅纤维增强复合材料用于车身结构,可有效降低汽车整体重量并提高燃油效率。
4. 能源领域中的应用在能源领域,纳米碳化硅也有广泛的应用。
首先,在太阳能电池中,nSiC可以作为光伏材料,具有高光吸收率和较低的载流子复合速率,从而提高光电转换效率。
其次,在储能领域,nSiC可作为超级电容器的电极材料,具有较大的比表面积和良好的电导率。
5. 材料科学中的应用纳米碳化硅在材料科学领域中也有着重要的应用。
首先,在陶瓷制品中,nSiC可作为增强剂添加到陶瓷基体中,提高陶瓷材料的力学性能和耐磨性。
其次,在涂层技术中,nSiC可以作为填料添加到涂层中,提供额外的硬度和抗磨损性能。
6. 生物医学领域中的应用在生物医学领域,纳米碳化硅也有着潜在的应用价值。
首先,nSiC具有良好的生物相容性和低毒性,可作为生物材料应用于人工关节、骨修复等领域。
其次,nSiC 还可用于制备生物传感器,如基于nSiC的DNA、蛋白质传感器等。
7. 总结纳米碳化硅作为一种新型材料,在电子、汽车工业、能源、材料科学和生物医学等多个领域都有着广泛的应用前景。
碳化硅性能

碳化硅在自然界几乎不存在,工业上应用的碳化硅是一种人造材料。
工业方法生产碳化硅,通常是由SiO2粉和碳粉在高温下还原反应生成。
碳化硅分子式为SiC,碳化硅是典型的共价键结合的化合物,它有α和β两种晶型,即立方型和六方型。
立方型称为β—SiC,它是在1800℃—2000℃形成,属低温产物,主要用于微型轴承的超精研磨。
六方型称为α—SiC,它是在2000℃以上形成的。
碳化硅在一个大气压下的分解温度为2400℃,无熔点。
α—SiC 的理论密度是3.18g/cm3,其莫氏硬度在9.2—9.3之间,显微硬度3300kg/cm2。
碳化硅耐高温,与强酸、强碱均不起反应,导电导热性好,具有很强的抗辐射能力。
用碳化硅粉直接升华法可制得大体积和大面积碳化硅单晶。
用碳化硅单晶可生产绿色或蓝色发光二极管、场效应晶体管,双极型晶体管。
用碳化硅纤维可制成雷达吸波材料,在军事工业中前景广阔。
碳化硅超精细微粉是生产碳化硅陶瓷的理想材料。
碳化硅陶瓷具有优良的常温力学性能,如高的抗弯强度,优良的抗氧化性,耐腐蚀性,非常高的抗磨损以及低的磨擦系数,而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料中最好的材料,如晶须补强可改善碳化硅的韧性和强度。
由于碳化硅优异的理化性能,使其在石油、化工、微电子、汽车、航天航空、激光、原子能、机械、冶金行业中广泛得到应用。
如砂轮、喷咀、轴承、密封件、燃气轮机动静叶片,反射屏基片,发动机部件,耐火材料等。
碳化硅虽然是一种优良的磨料及优异的功能材料,但冶炼碳化硅耗电量大,平均每吨耗电9000度,占生产成本的30%以上。
超细粉体技术是近几年发展起来的一门新技术,涉及到材料、化工、军工、航天、电子、机械、控制、力学、物理、化学、光学、电磁学、机械力化学、理论力学、流体力学、空气动力学等多种学科和多领域,其综合性高,涉及面广,是典型的多学科交叉新领域。
高纯碳化硅粉体材料中的超精细碳化硅微粉,由于粒度细,分布窄,质量均匀,因而具有比表面积大,表面活性高,化学反应快,溶解度大,烧结温度低且烧结强度高,填充补强性能好等特性,以及独特的电性、磁性、光学性能等,广泛应用于国防建设、高技术陶瓷、微电子及信息材料产业,市场前景看好。
碳化硅器件的特点

碳化硅器件的特点
碳化硅(SiC)器件作为一种新兴的半导体材料,具有以下特点:
1. 高温处理:碳化硅器件在制造过程中需要进行高温处理,以确保器件质量。
2. 制造和加工难度:与传统半导体器件相比,碳化硅器件的制造难度更大,需要更高的技术含量和更先进的生产设备。
同时,碳化硅是一种非常硬的材料,加工难度也很大,特别是在进行微细加工时更为困难。
3. 低能耗:碳化硅器件具有低能耗、高性能的特点,可以在高温和高电压下使用。
4. 长寿命:碳化硅器件具有较长的使用寿命和稳定性,可用在高温和恶劣环境下。
5. 应用广泛:碳化硅器件可以应用于电力、光电、电子、航空航天等多个领域,并具有广阔的市场前景。
6. 卓越的电学性能:碳化硅功率器件具有禁带宽度大、电导率高、热导率高的特点,具有更强的耐高压、高功率能力。
7. 高频率:碳化硅器件的能量损耗减少了四分之三,转化率高,使其在高频率下具有优越的性能。
8. 小体积:由于阻抗小,同性能的碳化硅器件尺寸可以缩小到硅基器件的十分之一,模组尺寸更大幅缩小。
9. 耐高温:相比硅基材料,碳化硅器件耐高温性能更佳。
硅基材料在120℃场景下需要散热,而碳化硅在175℃结温下无需散热,可承受600℃以上高温环境。
10. 高压大功率:碳化硅二极管可承受600-1700V,MOS管可承受800-3300V。
这使得碳化硅器件在新能源汽车、光伏逆变器、储能和充电桩等领域具有广泛的应用前景。
综上所述,碳化硅器件具有诸多优点,使其成为新一代半导体材料的研究热点,并在新能源汽车、光伏、储能等领域得到广泛应用。
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先进陶瓷结课论文学院:材料与化学化工学院专业:材料科学与工程姓名: * * *学号: 2010********2013-12-10碳化硅纤维的特点与应用前言碳化硅纤维是以碳和硅为主要组分的一种陶瓷纤维,这种纤维具有良好的高温性能、高强度、高模量和化学稳定性,抗张强度可达2.5~3.5GPa,弹性模量为200GPa,有良好的耐化学品腐蚀性,线膨胀系数小,约为3.1×10-6 K-1,耐辐照、吸波性好,且具有半导体性质。
主要用于增强金属和陶瓷,制成耐高温的金属或陶瓷基复合材料。
因其具有良好性能,已在尖端科技领域,例如航空航天、火箭发动机、核聚变炉等方面展开应用。
今后,期待往民品方向应用,诸如汽车废烟气收尘、高效率燃气发电机耐热部件等扩展使用。
所以,研究碳化硅纤维的特点就显得尤为重要。
由于专业知识有限,在此,我谨对其进行浅谈。
一、碳化硅纤维的分类碳化硅纤维从形态上分为晶须和连续纤维两种。
1、碳化硅晶须晶须是一种单晶,碳化硅的晶须直径一般为0.1~2um,长度为20~300um,外观是粉末状,是一种很少缺陷的,有一定长径比的单晶纤维,它具有相当好的抗高温性能和很高强度。
主要用于需要高温高强应用材质的增韧场合。
如:航天材料、高速切削刀具等。
目前,有着极高的性能价格比。
碳化硅晶须为立方晶须,和金刚石同属于一种晶型,是目前已经合成出的晶须中硬度最高,模量最大,抗拉伸强度最大,耐热温度最高的晶须产品,分为α型和β型两种形式,其中β型性能优于α型。
β型较α型具有更高的硬度(莫氏硬度达9.5以上),更好的韧性和导电性能,抗磨、耐高温,特别耐地震、耐腐蚀、耐辐射,已经在飞机、导弹的外壳上以及发动机、高温涡轮转子、特种部件上得到应用。
碳化硅晶须的生长机理主要为气-液-固机理,即碳化硅晶须通过气液固相反应成核并生长,原料二氧化硅与c生成SiO气体,SiO扩散至富碳的催化剂融球表面,反应生成Si,进而与C反应生成SiC,SiC达到饱和后析出SiC晶核,随着反应的进行,进入融球内的SiC分子不断向晶核叠加,并在催化剂的控制下他,通过(ABCABC)立方堆积方式,生长成一定长径比的碳化硅晶须。
目前碳化硅晶须的主要制备方法大体分为三类,分别是:气相碳源法、固相碳源法、液相碳源法。
其中,气相碳源法是含碳的气体与含硅的气体反应,或分解一种含碳及硅的有机化合物气体合成碳化硅晶须;固相碳源法是先在高温下使含C和含Si的固态材料变成气相,随后通入载气,在于反映材料隔开的空间中合成碳化硅晶须;液相碳源法是用特定的含碳纳米材料作为前驱体在一定条件下水解,形成溶胶,经溶剂挥发及加热处理,使溶胶转变成网状结构的凝胶,再经适当的后处理形成纳米材料,此法成本低廉,工艺简单,无污染,但晶须容易形成团聚,分散性和结晶性差。
2、碳化硅连续纤维连续纤维是碳化硅包覆在钨丝或碳纤维等芯丝上而形成的连续丝或纺丝和热解而得到纯碳化硅长丝。
需要注意的是,当今在日本碳公司中进行生产的尼卡纶是一种新型碳化硅连续纤维,它无需钨丝作芯线的新型高强度无机纤维,比碳纤维、硼纤维具有更高的耐热性、高温强度、弹性模量及抗氧化性能,与合成树脂亲和性好,对金属母体化学稳定性高等特点,是制备高级复合材料的理想的纤维增强填料。
二、碳化硅纤维的性能碳化硅纤维具有良好的高温性能、高强度、高模量和化学稳定性。
(1)力学性能以在日本碳公司进行试生产,产品名称尼卡纶为代表,其主要性能见下表1,其强度与韧性接近于硼纤维。
表1 尼卡纶的一般性质(2)热性能碳化硅纤维具有优良的耐热性能,在1000℃以下,其力学性能基本上不变,可长期使用,当温度超过1300℃时,其性能才开始下降,是耐高温的好材料。
(3)耐化学性能它具有良好的耐化学性能,在80℃下耐强酸(盐酸、硫酸、硝酸),用30%NaOH浸蚀20小时后,纤维仅失重1%以下,其力学性能仍不变,它在金属1000℃以下也不发生反应,而且有很好的侵润性,有益于金属复合。
(4)耐辐照和吸波性能碳化硅纤维在通量为101010 中子/秒的快中子辐射照1.5小时或以能量为105中子伏特,200纳秒的强脉冲v 射线照射下,碳化硅纤维强度均无明显降低。
总而言之,碳化硅纤维比强度和比模量高,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;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;碳化硅纤维的尺寸稳定性好,其热膨胀系数比金属小,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;碳化硅纤维不吸潮、不老化,使用可靠,它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; 碳化硅纤维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,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;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良好的导热和导电性,可避免静电和减少温差。
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。
碳化硅纤维材料有以上优点,同时也有很多不足之处: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。
三、碳化硅纤维的制造SiC纤维的制备方法主要有化学气相沉积法( CVD)和先驱体法。
目前,国外这两类纤维均己实现商品化。
1、CVD法制备碳化硅纤维CVD法制备SiC纤维即采用微细的钨丝或碳纤维细丝等芯线作为载体,使有机硅等在氮气流中,在灼热的芯线表面进行反应、裂解、并沉积在表面上而制成碳化硅纤维,因为有芯线,所以是一种复合纤维。
但是CVD法采用的C丝或W 丝的直径已有10^-30Eun,而成品SiC纤维的直径更是达到了100^" 140Eun,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。
由于生产效率低,成本高,极大地限制了CVD法SiC纤维的使用。
2、先驱体转换法制备碳化硅纤维先驱体转换法是由日本东北大学矢岛圣使教授发明,是由聚碳硅烷合成、通过熔融纺丝、再经过氧化法或电子束法进行不熔化处理以及热解等工序制造生产。
聚碳硅烷合成时由于键的重排转化和分子间的缩 Si-Si 合反应,使产物分子量和熔点提高,分子线性变差,影响可纺性。
必须采取措施,既有效地提高聚碳硅烷的熔点又保证良好的可纺性。
聚碳硅烷是一种脆性材料,熔融纺丝有较大难度,从原料到纺丝工艺要求严格控制,注意纺丝温度、进料速度、收丝速度与纺丝压力的匹配和控制。
不熔化处理是聚碳硅烷分子结构中的键氧化形成 Si-H 键,使分子间相互交联的过程,此外,还Si-O-Si 存在形成 Si-OH 基和 C=O 基的反应,后者对不熔化没有贡献,并在纤维中引入过多的氧,应尽可能加以抑制。
不熔化处理是影响聚碳硅烷纤维的重要环节,必须控制好Si-H 键反应程度。
热解是在高温惰性气体下完成使有机物转化为无机物并形成SiC微晶,纤维的密度和拉伸强度迅速提高。
3.碳化硅纤维制备的技术关键PCS纤维成形采用的是熔融纺丝法,但脆性先驱体的熔融纺丝与一般化纤的熔纺相比有非常明显的特点,工艺难度也大大提高,具体表现为先驱体分子量较小,支链较多,纤维强度极低,固化极快。
可以说,PCS纤维成形是一种全新的工艺技术。
PCS纤维的成形过程,是制备连续SiC纤维的关键技术之一。
总而言之,碳化硅长丝的制造过程是将聚硅烷在400℃以上,发生热转位反应,使侧链上的甲基以亚甲基的形式,导入主链的硅-硅间,形成聚碳硅烷,然后通过干法纺丝或熔体纺丝制成纤维。
为防止纤维在碳化过程中发生熔融粘接,须先在较低温度下作不熔化处理。
不熔化纤维在真空或惰性气体中加热至1200~1500℃,侧链的甲基与氢同时脱出后只留下硅-碳的骨架成分,并形成β-碳化硅结构的纤维。
最后进行上浆处理及集束卷绕。
上浆剂的种类视最终用途而定,用于增强塑料时上浆剂可选用环氧树脂,增强金属及陶瓷时则要求进一步在较低温度下将上浆剂热分解掉。
由—碳化硅细晶粒组成的连续纤维,可用气相沉积或纺丝烧结法制造。
四、碳化硅纤维的应用及发展趋势碳化硅纤维主要用作耐高温材料和增强材料,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。
用做增强材料时,常与碳纤维或玻璃纤维合用,以增强金属(如铝)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,其短切纤维则可用做高温炉材等。
碳化硅纤维复合材料较多应用于国防军工,主要包括:航空、航天等高技术领域,像先进战斗机、空天飞机、航空发动机、战术导弹和电子组件等,达到减重、提高工作温度、热膨胀系数匹配和提高热导率等目的。
另外在高级运动器材上亦有应用,像自行车车架等。
五、结论中国是一个经济和社会正在迅速发展和变化的世界大国,高新技术产业的快速发展、传统产业的技术进步、环保国策的全面落实以及在未来20年全面建设小康社会发展目标的实施将给新型材料带来前所未有的发展机遇。
而为了满足高性能复合材料的需求,尤其是耐高温纤维的需求,国产连续碳化硅纤维工业化势在必行。
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。
因此, 发展耐高温、低密度的陶瓷基复合材料来代替传统高温合金和难熔金属材料已成为提高发动机推重比和火箭比的基础和关键。
而先进复合材料尤其是陶瓷基复合材料的开发与应用, 必然要以高耐温纤维的研究与开发作为前提与基础。
因此, 发达国家无不从战略高度投入巨资研究与开发高耐温纤维。