碳化硅(SiC)纖維是繼碳纖維之后開發(fā)的一種高性能陶瓷纖維，它具有高強度、高模量、耐化學腐蝕、耐高溫、抗氧化、抗蠕變等性能。在應用方面，SiC纖維與陶瓷基體具有良好的兼容性，是重要的高性能陶瓷基復合材料的增強體。目前，SiC纖維增強的陶瓷基復合材料已被應用于航空航天發(fā)動機的耐熱部件、可重復使用的運載器的熱防護材料、高超音速運輸推進系統(tǒng)、原子核反應堆材料等。此外，其還在高溫燒結(jié)爐用的加熱棒、冶金高溫碳套、高速剎車盤、燃汽輪機熱端部件、高溫氣體過濾和熱交換器等領(lǐng)域具有應用價值。
       SiC纖維的制備方法有：有機先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法、化學氣相沉積法、超細微粉燒結(jié)法和活性碳纖維轉(zhuǎn)化法等。有機先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法是以有機聚合物為先驅(qū)體，利用其可溶或可熔等性質(zhì)實現(xiàn)成型后，經(jīng)高溫處理，使之從有機物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機陶瓷材料的方法。與其它方法相比，有機先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備SiC纖維具有顯著的優(yōu)點，包括：(1)通過分子設計，可控制有機先驅(qū)體的組成，從而獲得具有不同功能的SiC纖維或改善SiC纖維的性能;(2)易成型，適于制備細直徑的連續(xù)SiC纖維;(3)生產(chǎn)效率較高和成本較低。日本和美國基于有機先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法研制SiC纖維的實力處于國際領(lǐng)先地位，主要有日本Nippon Carbon公司開發(fā)的Nicalon系列SiC纖維、日本Ube Industries公司開發(fā)的Tyranno系列SiC纖維和美國COI ceramics公司開發(fā)的Sylramic系列SiC纖維。
       上世紀70年代末，我國開始基于有機先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法研制自己的SiC纖維。但是，與國際上高性能SiC纖維的技術(shù)指標相比，當前仍存在不小的差距。在產(chǎn)量方面，據(jù)不完全統(tǒng)計，當前，全球連續(xù)SiC纖維的總產(chǎn)量達300噸，產(chǎn)量最大的是日本Nippon Carbon公司和Ube Industries公司，均達到120噸/年，而我國的產(chǎn)量約占全球的1%，連國內(nèi)市場都無法滿足，進而嚴重影響到我國在SiC纖維增強的陶瓷基復合材料的研制。因此，對我國而言，高性能SiC纖維及其增強的陶瓷基復合材料的制備與量產(chǎn)化迫在眉睫。鑒于SiC纖維及其增強的陶瓷基復合材料在核能和航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略性地位，美國和日本對它們實行壟斷政策，并對我國進行技術(shù)封鎖。為了促進我國核能、航空航天等重要領(lǐng)域的發(fā)展，必須加快高性能SiC纖維及其增強的陶瓷基復合材料的研制步伐。在此背景下，中科院寧波材料所特種纖維事業(yè)部、特種纖維與核能材料工程實驗室開展了SiC纖維和SiC纖維增強SiC陶瓷基復合材料關(guān)鍵制備技術(shù)的研制工作。該項工作獲得國家自然科學基金重大研究計劃項目、中科院先導項目等的支持。
       SiC有機先驅(qū)體是影響SiC纖維和SiC纖維增強的SiC陶瓷基復合材料的制備工藝與性能的關(guān)鍵因素之一，在2015年，在SiC有機先驅(qū)體制備方面，項目組取得了以下成績：
       1、成功制備出聚硅烷(PMS)：為了解決PMS來源困難的問題，項目組開展了PMS的研制工作。在2個半月的時間內(nèi)，完成反應條件探索、中試設備采購和成功制備出公斤級且品質(zhì)合格的PMS，滿足了項目運行對原料的需求，并且形成了可工程化制備的技術(shù)。
       2、利用PMS成功合成聚碳硅烷(PCS)：PCS是SiC纖維重要的有機先驅(qū)體，通過摸索工藝條件對PCS的分子量大小及分布、軟化點和可紡性等影響規(guī)律的研究;設計制造了PCS中試合成裝置，在安裝、調(diào)試過程中解決了設備配置和溫度控制等問題;目前，項目組利用中試合成裝置制備出公斤級可紡性良好的PCS，并成功紡出連續(xù)長度超過2萬米的SiC纖維原絲。
       3、解決某種液態(tài)超支化聚碳硅烷(LHBPCS)的制備技術(shù)：LHBPCS作為SiC陶瓷基體的先驅(qū)體，因具有流動性好、可自交聯(lián)、陶瓷產(chǎn)率高以及熱解產(chǎn)物接近SiC化學計量比等優(yōu)點而備受關(guān)注。項目組成功合成了某種LHBPCS，目前正在進行中試放大合成。
       項目組在SiC纖維有機先驅(qū)體及SiC陶瓷基體有機先驅(qū)體的成果為下一步SiC纖維的工程化制備及SiC纖維增強的SiC陶瓷基復合材料的制備和研究奠定了堅實的基礎。