碳化硅纤维的生产方法和性能

1.碳化硅纤维的生产方法
它是由碳原子和硅原子用共价键结合的无机高聚物纤维，其目前主要的生产方法有三种。
（１）前驱体法：以二氯二甲基硅烷为原料，在金属钠作用下脱氯并缩聚生成二甲基硅烷，再在４００℃以上环境中热分解，生成聚碳硅烷，采用２５０～３５０℃熔融纺丝形成纤维，并在１６０～２５０℃左右进行不熔性处理，最后在惰性气体中于１０００～１５００℃裂解烧结，制成碳化硅长丝纤维。
（２）化学气相沉积法：用氯硅烷和氮气的混合气体在高温１２００℃分解成碳化硅ＳｉＣ，并沉积在已纺成的碳或钨丝纤维表面，形成碳或碳化硅复合长丝纤维。
2 M$ Z% {* y$ k+ r$ @9 c/ J（３）超微粉末烧结法：将α－ＳｉＣ或β－ＳｉＣ微粒分散到聚合物黏合剂中，用挤压法纺丝后，再在高温下，通过溶剂蒸发、煅烧、预烧结和烧结，最后形成碳化硅纤维。
; t6 k. C5 k# m% V( p5 R4 r（４）碳纤维转化法：活性碳纤维在真空高温１２００～１３００℃条件下与ＳｉＯ２反应生成ＳｉＣ，再在高温１６００℃氮气条件下热处理制得。
4 p6 _0 g; @2 R+ I% L$ \纯碳化硅纤维密度为２．５５～２．８０ｇ／ｃｍ３，长丝单纤维直径为１２～１４μｍ，丝束有２５０～５００根单纤维，拉伸断裂比强度为３．０ＧＰａ，拉伸比模量为２２０ＧＰａ，拉伸断裂伸长率为１．４％ ～１．６％。化学气相沉积法生产的复合碳化硅纤维，直径一般为１００～１４０μｍ，密度为３．０～３．５ｇ／ｃｍ３，拉伸断裂比强度为３．３～４．５ＧＰａ，拉伸比模量为４００～４５０ＧＰａ。超微粉末烧结法生产的碳化硅纤维，ＳｉＣ含量９９％以上纤维的直径在２５μｍ左右，密度为３．１ｇ／ｃｍ３，拉伸断裂比强度为１．２ＧＰａ，拉伸比模量在４００ＧＰａ以上。碳纤维转化法制得的碳化硅纤维，直径在２０μｍ左右，密度为２．１ｇ／ｃｍ３，拉伸断裂比强度为１．０ＧＰａ，拉伸比模量为１８０ＧＰａ。
以上四种方法制得的碳化硅纤维与纯碳化硅纤维都具有很好的耐热性，且在大气环境下，可耐１２００～１５００℃的高温，它们目前主要用于宇宙飞行器上的耐高温结构部件，并且在特殊高温环境下的某些产业用纺织品（如耐高温毡垫等）中也有应用。
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日本碳公司生产的碳化硅纤维商品名Ｎｉｃａｌｏｎ。日本宇都兴产公司生产的碳化硅纤维商品名Ｔｙｒａｎｎｏ，美国陶氏（Ｄｏｗ）公司的商品名为Ｓｙｌｒａｍｉｃ。

几种碳化硅纤维的性能

指标	块状ＳｉＣ陶瓷	Ｃｇ－Ｎｉｃａｌｏｎ	Ｈｉ－Ｎｉｃａｌｏｎ	Ｈｉ－ＮｉｃａｌｏｎｔｙｐｅＳ	ＴｙｒａｎｎｏＳＡ	Ｄｏｗ－Ｓｙｌｒａｍｉｃ
直径（μｍ）	—	１４	１２～１４	１２	１０	１０
密度（ｇ／ｃｍ３）	３．２５	２．５５	２．７４	２．９８～３．１０	３．１０	３．００～３．１
拉伸强度（ＭＰａ）	０～１００	２０００～３０００	２８００～３４００	２６００～２７００	２８００	２８００～３４００
拉伸模量（ＧＰａ）	４６０	１７０～２２０	２７０	４２０	３８０	３９０～４００
热导率（２０℃）Ｗ／ｍ２·ｋ	１００～３５０	１．５	４．０	１８．０	６５．０	４０．０～４５．０
ＣＴＥ（１０－６Ｋ）	４．０	３．２	３．５	—	４．５	５．４
氧质量分数（％）	０	１１．７	０．５	０．２	＜１	０．８
Ｃ／Ｓｉ原子比	１．００	１．３１	１．３９	１．０５	１．０８	１．００
耐高温温度（℃）	—	９６０	１３５０	１４００	１８００	—