氮化硼纖維是一種以硼、氮為主要成分的無機陶瓷纖維,具有三維無序亂層石墨狀結構,結合了陶瓷耐高溫特性與纖維柔韌可編織的特點,在高溫環境下仍能保持優異的力學性能,熱膨脹系數低且各向同性,熱導率與不銹鋼相當但卻是電絕緣體,介電常數和損耗角正切值低,這些特性使其在極端環境下具有不可替代性。
與碳化硅纖維相比,氮化硼纖維抗氧化性能更優;與石英纖維相比,氮化硼纖維耐溫性能提升顯著。目前,氮化硼纖維直徑多在5-10μm,拉伸強度可達1.5-3.0GPa,彈性模量60-100GPa。氮化硼纖維制備工藝主要采用前驅體轉化法,以硼嗪環類聚合物為前驅體,經熔融紡絲、交聯固化及高溫熱處理等工序,技術壁壘極高,全球僅少數企業掌握量產技術。
氮化硼纖維的核心應用集中在航空航天、國防等高技術領域。在導彈天線罩方面,氮化硼纖維透波性能和耐燒蝕特性可確保制導系統在極端環境下正常工作。高超音速飛行器熱防護系統中,氮化硼纖維增強陶瓷基復合材料可用于頭錐、翼前緣等關鍵部位,解決傳統材料在氣動熱-結構-透波多場耦合下的失效問題。航空發動機領域,氮化硼纖維作為渦輪葉片環向纏繞材料,可提高工作溫度進而提升發動機效率。此外,氮化硼纖維還在核工業中用于中子吸收材料,電子工業中作為高頻電路基板。
中國氮化硼纖維研發始于上世紀90年代,但產業化進程相對滯后。目前形成以河北工業大學等高校為基礎的研究體系,以及中材高新材料股份有限公司、山東工業陶瓷研究設計院有限公司等產業化嘗試。與全球領先水平相比,國內在連續纖維長度、性能一致性等方面存在差距,特別是前驅體純度控制與紡絲工藝穩定性亟待提升。2024年國內產能約2噸,實際產量僅1噸出頭,工程化瓶頸尚未完全突破。
新思界
行業分析人士表示,未來,隨著國家對高端新材料產業的扶持力度加大,以及更多科研機構對氮化硼纖維關鍵技術的持續攻關,或將有更多機構突破技術瓶頸,逐步進入產業化嘗試階段,行業內參與者數量將有所增加,市場供給格局將從“單一供給”向“少數機構競爭”轉變。但由于氮化硼纖維的技術驗證周期長、工藝優化難度大,新進入者短期內難以形成與山東工陶院抗衡的產能規模和技術優勢。
關鍵字: