二、晶须的制造方法
（1）焦化法 碾磨稻壳→焦化→高温反应→破碎→分散→分离晶 须与碳→干燥→使碳氧化→湿处理（分离晶须与颗粒） →成品SiC晶须 （2）气液固法(VLS)或气液固外延生长法 ◆组合式生长法，
◆从气态变液态；然后由液态沉积在晶体基板上生 晶体。 ◆ 利用外延法可生长出较长的晶须。
（3）化学气相沉积法 利用化学气相沉积(CVD)法制取SiC晶须有两种方法。 ◆ 在氢(H2)还原气氛作用下，使有机硅化合物在
硅烷，
⑵直接在氧气氛高压釜中加热到450~470℃聚合转化为
2、聚合物转化碳化硅纤维的制备
(c) 不熔化处理 (预氧化处理、稳定化处理)
利用加热或高能粒子辐照PCS先驱丝，使其表面生成 不熔不溶的网状交联含氧聚碳硅烷。
除此之外，还有其他处理方法有多种：氧化气氛或非
氧化气氛、常温或190℃、化学气相不熔化法、高分子量 PCS干纺法、粉末法和烧结助剂法等。 (d) SiC纤维的烧成 将不熔化处理后的PCS先驱丝在惰性气氛或真空中高温 烧成，使有机聚碳硅烷转化为无机碳化硅。
4.3.1 碳化硅纤维
（1）制备工艺
主要原料：硅烷、氢气 沉积方式：在Ｃ、W芯丝进行沉积反应 性能影响：先驱气体成分、供丝速度和沉积温度。
C or W
硅烷、氢气/ T
ν
4.3.1 碳化硅纤维
（2）性能特点
（a）钨芯碳化硅纤维
● ●
热稳定性>350℃，适宜于高温使用； 沉积期间(927℃左右)， SiC与W之间发生化学 反应生 WC和W-Si化合物，增加了纤维本身的界面复杂性； 钨芯的密度大，导致纤维密度大。
●
（b）碳芯碳化硅纤维 ● 高温下比钨芯碳化硅纤维更为稳定； ● 制造成本较低、密度小； ● 气相沉积过程中，C与SiC间无高温有害反应；
4.3.1 碳化硅纤维
● 增强的高温超合金和降瓷材料，在1093℃下经历 100h，其抗拉强度仍高于1.4GPa。 （3）纤维主要缺点 ● 柔曲性差，工艺复杂，成本高； ● 纤维表面有残余应力，易损伤。
原丝
格栅
⑦单向织物(即无纬带) 可用于制造耐压较高的玻璃钢 薄壁圆筒、气瓶等高压容器。
⑧三向织物包括各种异形织物、槽芯织物和缝编织物等。 作为增强体的复合材料，由于具有较高的层间剪切强度 和耐压强度，可用作轴承、耐烧蚀件等。 ⑨组合增强材料把短切原丝毡、连续原丝毡、无捻粗纱 织物和无捻粗纱等，按一定的顺序组合起来的增强材料。 可为树脂基复合材料提供特殊的或综合的优异性能。
4.3.1 碳化硅纤维
2、聚合物转化碳化硅纤维的制备
主要包括四个阶段：制备聚碳硅烷、熔融纺丝、不熔化
处理和高温烧成。 (a)制备聚碳硅烷(PCS)
合成PCS的原料：二甲基二氯硅烷
Yajima 提出 Mark I、Mark Ⅱ等工艺路线。 (b)制备聚碳硅烷(PCS)先驱丝 采用熔融纺丝技术，溶液纺丝可在室温下进行，纺丝后 所获得的PCS先驱丝呈乳白色，均匀而纤细。
④ 将先驱丝在600℃加热，使其侧基团分解逸出，再在
950~1000℃进行焙烧，即得到连续束丝氧化铝纤维。
(4)溶胶-凝胶(sol-gel)法 美国3M公司开发 ① 将含有组成纤维所必须的金属和非金属元素的溶体(特 别是金属醇盐化合物)，用乙醇或酮作为溶剂，制成溶胶；
② 溶胶水解、聚合后，生成一种可纺凝胶，并进行纺丝；
的风扇叶片、压气机叶片和一些飞机与卫星的构件；能减 重22～66％。 ⑶ 硼纤维增强钛时需经B4C涂层，主要用于制作航空发 动机压气机叶片和工作温度550～650℃的耐热零件。 ⑷ 硼纤维受其价格高的限制而未获得更广泛的应用。
4.3.5 晶须
一、概述
特点：一定长度的非连续单晶纤维；
直径小，长径比大； 缺陷极少，有很高的拉伸强度和弹性模量。 分类： 陶瓷晶须：A1203、BeO晶须、SiC、Si3N4、SiN 金属晶须：Cu、Cr、Fe等。 方法：焦化法(制造SiC晶须) 气液固法(制造SiC和碳晶须) 气相反应法 (制造碳、石墨晶须) 电弧法(制造碳、石墨晶须)。
4.3.1 碳化硅纤维
3、性能及应用
具有高比强度、高比模量、高温抗氧化性、优异的耐烧 蚀性、耐热冲击性等。 碳化硅纤维增强聚合物基复合材料，可以吸收或透过部 分雷达波；作为雷达天线罩、火箭、导弹和飞机等飞行器 部件的隐身结构材料，和航空、航天、汽车工业的结构材 料与耐热材料。
二、碳化硅纤维的制备
1、化学气相沉积法(CVD)
(6) 电弧法
在半惰性气体(或不可燃液体)中，以石墨作为电极通高压直 流电，借助电极靠近产生电弧的作用使石墨升华，然后凝聚成 石墨晶须。
(7)其他晶须制造方法
钛酸钾晶须制造方法包括：烧结法、熔融法、水热法和熔剂
法。
聚碳硅烷(PCS)的制备
Mark I:
⑴加金属钠，在N2气氛中约130℃脱氯，得到聚二甲基
R)。
二、玻璃纤维的制造
玻璃纤维的制造方法有十几种，主要有坩埚法和池窑法两 种。 (1) 坩埚法工艺 ⑴将作为玻璃球在电加热的铂铑坩埚内加热熔化成玻璃熔液； ⑵熔液在重力作用下，从坩埚底部漏板的小孔中（漏板有 200～400个小孔，又称喷丝孔）流出。
⑶由拉丝机的电机带动卷筒作高速旋转，将喷丝孔流出的玻
③ 玻璃纤维毡片。
④ 短切原丝
常作为在玻璃钢填充和表面修整作业中使用
的惰性无机填料。另一种更短的磨碎纤维用于增强反应注
射(RRIM)成型。 ⑤ 玻璃纤维布(如平纹、斜纹、缎纹、罗纹和席纹布) 主
要用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车
体、贮罐、船艇等制品的玻璃钢模具，以及用于耐腐蚀场 合。 ⑥ 玻璃带 常用于高强度、高介电性能的复合材料电气设 备零部件。
璃纤维绕在卷筒上，冷却成玻璃纤维。
铂金坩埚漏板
拉丝炉
(2)池窑法工艺
将混合好的玻璃配合料投入窑内熔融，熔融后的玻璃液经澄 清和均化，直接流人装有许多铂铑合金漏板的成型通路中，玻
璃液自褐板流出，再由拉丝机拉制成连续玻璃纤维。
特点：采用粉料熔融直接拉丝，省去了制玻璃球及二次熔化 的过程；拉丝作业稳定，产量高；可拉制粗直径玻璃纤维和高
熔体 坩埚
提拉棒
籽晶夹具 籽晶 拉出的晶体
(3)住友法（日本住友化学公司，先驱体转化法）
① 聚铝硅烷加等量水，经水解、聚合得到聚合度为100
的聚铝氧烷； ② 将聚铝氧烷溶于有机溶剂中，再加入提高耐热性的
硅酸酯等辅助剂，制成黏稠液，经浓缩、脱气，得到先驱
体纺丝液； ③ 采用干法纺丝，得到聚铝氧烷先驱丝(AlR3)。
二、硼纤维的性能
钨芯硼纤维的典型性能如表1所示：
表1 直径100μm的钨芯硼纤维的性能 性 能 密度／g· -3 cm 拉伸强度／GPa 泊松比 数值 性能 数值 420 165~179 4.68~5.0
2.6 杨氏模量／GPa 3.1～4.1 剪切模量／GPa 0.21 热膨胀系数／10-6℃-1
4.2、 有机纤维 研究指导思想：C-C 键具有高强度，聚合物 大的线性分子链的主链 沿纤维轴向排列，会 获得高强度和高模量。 代表：芳纶和聚乙烯
4.3
无机纤维 1 2 3 碳化硅纤维 氧化铝纤维 特种玻璃纤维 硼纤维 晶须
4
5
无机纤维材料的种类
玻璃纤维
碳化硅纤维
碳 化 硅 晶 须
多 晶 氧 化 铝 纤 维
2Al+H20→ A120+H2 A1203+H2→ A120+2H20
生成的氧化亚铝容易挥发，通过歧化反应生成A1203晶须。
3A120 → A1203十4Al
(5 ) 气固法
在CO气氛中，把孪晶的SiC加热至1800℃以上，活性高的热 解碳以高度旋转的SiC为基质平行堆积(薄层)或垂直生长成晶须。
无机纤维材料的应用领域
冷却塔
玻璃钢水箱
玻纤增强工具
风力发电机叶片
复合材料防弹插板 土工隔栅
一、碳化硅纤维
1、 概述
碳化硅(SiC)纤维隶属于陶瓷纤维； 分类:
●按形态：
连续纤维、短切纤维和晶须；
●按结构：
单晶、多晶纤维；
●按集束状态：
单丝、束丝纤维。
4.3.1 碳化硅纤维
2、种类:
(1)CVD碳化硅纤维: 采用化学气相沉积法制造，其特点为单丝、 连续、有 芯、多晶态。 (2)Nicalon碳化硅纤维 用先驱体转化法制造，其特点为连续、多晶、束丝纤 维 (3)碳化硅晶须 用气/液/固法或稻壳焦化法制造，其特点为具有一定长 径比的单晶纤维
4.3.4 硼纤维
一、硼纤维的制造
(1)氢化硼热分解法 2BH3=2B+3H2 (2)卤化硼反应法 ◆ 先用硼砂制成三卤化硼(如BCl3)； ◆ 三卤化硼的气体，同氢气混合通入镀槽； ◆ 氢气与三卤化硼反应生成硼，并沉积在载体上。
2BX3+3H2 = 2B+6HX
式中，Ｘ代表卤素原子（如Cl、Br或I）。在这种卤化 物发应的工艺中，所需的温度约1160℃。
③ 将所得到的先驱丝加张力焙烧，得到连续无机纤维。
三、 氧化铝纤维的应用
⑴ 氧化铝纤可以作为聚合物、金属和陶瓷的增强体。
⑵ 氧化铝纤维增强聚合物复合材料，具有透波性、无 色性等，在电路板、电子器械、雷达罩等领域使用；
⑶ 氧化铝增强金属时，由于它与金属相容性好，使用
成本较低的熔浸技术，可制造飞机、汽车部件及化学反应 器。
⑶再经焙烧后，得到氧化铝纤维。杜邦法也 称为泥浆法或淤浆法。 (2)拉晶法(TYCO法)
拉晶法利用制造单晶的方法制备氧 化铝纤维： ⑴ 将钼制成细管放入氧化铝熔池中， 由于毛细现象，熔液升至钼管的顶部； ⑵ 在钼管顶部放置一个α－Al2O3 晶核，以慢速(150mm/min)向上提拉， 即得到单晶氧化铝纤维。