我國打破日本陶瓷纖維嚴密技術封鎖：中日關係最好時都對我們保密

近日，浙江某民營新材料科技有限公司於2018年建成的國內首條第二代10噸級連續碳化硅陶瓷纖維生產線（以下簡稱連續SiC纖維生產線）順利通過國家環保部門竣工驗收，再加上江蘇省某民營陶纖新材料有限公司於2016年建成投產的10噸級第一代連續SiC纖維生產線，以及福建某電子科技股份公司2019年剛剛建成投產的多條總產能達10噸的第二代/第三代連續SiC纖維生產線，我國高性能連續碳化硅陶瓷纖維總產能已突破33噸（還有軍方噸級連續SiC纖維生產線若干條），雖然總產量還僅僅是日本年總產量的十分之一左右（據不完全統計，日本最大的兩家連續SiC纖維廠家：宇部興產和日本碳素公司最新年產能均突破150噸），但已經能夠初步滿足我國高科技國防工業以及民用大飛機用發動機對該材料的迫切需求。

先進工業碳化硅陶瓷材料具有耐高溫、高強度和高剛度、相對重量較輕、抗腐蝕等優異性能，但同時也存在一個本身固有的致命弱點：脆性太強。陶瓷在受到外力作用下(如拉伸、衝擊等)僅產生很小的變形，就會斷裂破壞。例如民用的陶瓷碗碟在堅硬的地面上一摔就會「四分五裂」，而金屬的性質則與其相反，具有較好的韌性，抗衝擊性能。而連續碳化硅陶瓷纖維材料則是將耐高溫的連續陶瓷纖維植入陶瓷基體中形成一種高性能複合材料，克服了原先高溫陶瓷材料在受到應力作用時就會產生裂紋、甚至斷裂等弊病。由於其在航空、航天、核能、兵器等高技術軍事領域具有重要的應用前景，擁有最大連續SiC纖維產能的日本一直對我國進行嚴格的產品禁運及技術封鎖，並將其80%的連續SiC纖維產品只賣給美、法兩國航空航天企業。

即使在中日關係最為友好的20世紀80年代，該技術和產品也是絕對不允許外泄的。例如日本連續SiC纖維量產技術的發明人矢島聖使先生在20世紀80年代初曾短暫到中國進行相關技術交流，回國後卻意外去世。近10年來，我國航空發動機研製對耐高溫連續SiC 纖維提出了明確需求，直接推動了第一代、第二代、第三代SiC 國產化纖維的工程化技術發展。第一代連續SiC纖維在空氣中的使用溫度在1050℃左右，用其生產的複合材料尾噴管調節片比金屬調節片減重超過50%，可有效減輕發動機結構重量和提高其使用溫度。

早在20世紀80年代，法國研製生產的「幻影 2000」戰鬥機用M53渦扇發動機魚鱗板內側及尾噴管就採用了第一代連續SiC纖維材料。獨立軍事觀察家根據公開資料披露推測，目前我國研製生產的第一代SiC 纖維材料主要應用於衛星的空間高速碎片防護以及殲10B-TVC戰鬥機上的「太行」發動機推力矢量尾噴管調節密封片這些溫度較低的部件應用上。第二代連續SiC纖維在空氣中的使用溫度為1250℃左右，除可繼續大幅提高推力矢量尾噴管調節密封片壽命以外，還可以用於推比8一級現役發動機的性能改進。

據公開資料披露，華北某航空航天大學應用國產第二代連續SiC纖維材料製備出某型發動機SiCf/SiC渦輪轉子葉片，SiCf/SiC導向器葉片，SiCf/SiC複合材料密封片、SiCf/SiC複合材料密封環，並順利通過了裝機考核。與常規的高溫金屬件相比，SiCf/SiC 複合材料渦輪轉子葉片減重72%，導向器葉片減重58%，密封片減重49%，密封環減重78%。國內首個XX發動機隱身噴管也採用了第二代連續SiC纖維材料技術。獨立軍事觀察家根據上述材料推測，為殲20A狀態戰鬥機準備的的「太行」渦扇10D發動機很可能就是我國第一種隱身發動機現役量產型號，國產第二代連續SiC纖維「功不可沒」。

第三代連續SiC纖維在空氣中的使用溫度為1500℃以上，最高可達1800℃。日本最新公布的五代機「大推」:XF9-1發動機原型機就大量採用了該國自行研發的第三代連續SiC纖維部件，使其發動機性能與美國F119發動機處於同一水平，渦前溫度更達到驚人的1800℃。我國也已研製成功第三代連續SiC 纖維材料，性能與日本同類產品Hi-Nicalon S 相當。通過與福建某民營電子科技股份公司的合作，已建成了批量生產線，目前已經開始試生產工作。據公開資料披露，其研製的某型第三代連續SiC 纖維材料纖在氬氣中1900℃保溫1小時後強度保留率可達90%，是目前國內報道耐溫性能最好的SiC 纖維，可用於推比10到推比12 渦扇15，渦扇19發動機的最新改進改型中。除此之外，第三代連續SiC 纖維材料還是未來環保型核動力航空航天發動機，核聚變發電站用核燃料組件外套保護管的理想材料，具有極其優良的高溫安全和耐輻射性， 我國也正在對此應用進行積極研究。

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