碳化硅纖維性能良好，常用作耐高溫材料和增強材料。碳化硅纖維是一種以碳和硅為主要成分的高性能陶瓷材料，從形態上分為晶須和連續碳化硅纖維，具有高溫耐氧化性、高硬度、高強度、高熱穩定性、耐腐蝕性和密度小等優點。

與碳纖維相比， 在極端條件下，碳化硅纖維能夠保持良好的性能。由于其具有良好的性能，在航空航天、軍工武器裝備等高科技領域備受關注，常用作耐高溫材料和增強材料。


一、碳化硅纖維的核心優勢

碳化硅纖維和碳纖維的相同點都是具有高強度、高模量的陶瓷纖維。相比于碳纖維而言，碳化硅纖維核心的優勢有以下幾點：

1. 高溫抗氧化性能
在高溫空氣或者有氧環境下，碳化硅纖維的抗氧化性能要比碳纖維強得多?，F在碳化硅纖維國內能做到1200℃、1250℃這樣子的高溫抗氧化性能。

2. 絕緣性能良好
碳化硅纖維可以說是半導體級的或者說是絕緣級的高性能陶瓷纖維，這樣其實可以應用到一些碳纖維應用不到的一些有絕緣要求的領域（碳纖維具有較好的導電性能）。

3. 性能更易調控
碳化硅纖維的先驅體聚碳硅烷（PCS），可以摻雜一系列的元素，使其制備出來的碳化硅纖維具有不同的性能，（可以）通過先驅體的調控可望獲得漸變電阻率、雷達波吸收、高溫透波等性能的功能化陶瓷纖維，碳纖維的摻雜相對有難度。


二、SiC/SiC耐熱性能優異，將替代高溫合金在航空發動機上的應用

高推重比是先進航空發動機不斷追求的目標，而隨著發動機推重比的提升，渦輪進口溫度不斷提高，現有高溫合金材料體系難以滿足先進航發。比如，現有推重比10一級的發動機渦輪進口溫度均達到了1500℃，推重比12~15的發動機渦輪進口平均溫度將超過1800℃以上，這遠超高溫合金及金屬間化合物的使用溫度。

目前，耐熱性能較好的鎳基高溫合金材料工作溫度只能達到1100℃左右。而SiC/SiC使用溫度能提高到1650℃，被認為是較理想的航空發動機熱端結構件材料。

在歐美等航空發達國家，SiC/SiC已在航空發動機靜止件上得到實際應用和批量生產，包括M53-2，M88，M88-2，F100，F119，EJ200，F414，F110，F136等多種型號軍/民用航空發動機；在轉動件的應用上仍處于研制試驗階段。國內基礎研究起步較慢，與國外工程化應用研究存在巨大差距，但也已取得成果。

2022年1月，由西北工業大學使用國產新型陶瓷基復合材料打造的航空發動機整體渦輪盤成功完成首次飛行試驗驗證，這也是國內陶瓷基復合材料轉子件首次配裝平臺的空中飛行試驗，也有利于推動陶瓷基復合材料部件在無人機/靶機上大規模應用。


三、SiC纖維通過電磁改性手段，發展成為較重要的高溫吸波材料之一

隨現代無線電技術和雷達探測系統的迅猛發展，隱身技術作為提高武器系統生存、突防，尤其是縱深打擊能力的有效手段，已成為軍事強國角逐軍備高新技術的熱點。采用隱身材料技術是當前有效可行的雷達隱身手段。而對于應用在特殊環境中的隱身材料，除了降低可探測性等基礎條件外，還要求材料具有良好的熱穩定性和耐腐蝕性。

例如，高速飛行隱身戰機的發動機屋噴管、機翼邊緣和錐帽等部位會面臨高溫氧化、高低溫反復沖擊的考驗。SiC/SiC不但具有優異的力學性能、抗氧化性能和更長的高溫使用壽命，還具有良好的吸波性能，滿足超高音速飛行器表面、發動機尾噴口、巡航導彈冒頭端等武器裝備高溫部位的隱身需求，應用前景廣闊。


四、SiC材料具備小的中子吸收截面，適用于核反應堆領域

隨著對反應堆安全問題的日益重視，目前的商業水堆核電站幾乎全部使用的鋯合金燃燒元件被重新考慮，碳化硅SiC為包殼或基體材料的新型燃料元件成為新的研究熱點。

燃料元件是核反應堆的核心部件，其性能指標直接影響反應堆的安全性和經濟性。SiC具有高溫強度大、硬度高、耐磨損性好、抗熱沖擊性好、熱導率大以及抗氧化性強和耐化學腐蝕等優良特性，并且其小的中子吸收截面，低的固有活性和衰變熱，使其適用于核反應堆領域，在輕水反應堆、熔鹽反應堆和氣冷快堆均有良好的應用前景。

做碳化硅纖維，就是要堅持不懈，持續努力，“但行己事，無問西東”，特別是針對戰略核心材料產業化，需要十年、 二十年，甚至于更久的時間，才有可能取得一定的突破。

目前，我國已形成以國防科大、西北工業大學、廈門大學為研發中心的若干碳化硅纖維產業集群。國防科大的碳化硅纖維技術產業化在蘇州、寧波等地開展，廈門大學在福建與當地企業合作，競爭優勢明顯。


文章來源：未來智庫，巨豐財經，復合材料前沿