科学网—国防科技大学邵长伟等：耐1700℃连续氮氧化硅纤维的高温结构性能演变与类马赛克壳层结构的形成机制-清华大学出版社学术期刊的博文
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2026-3-3 11:27
| 个人分类: JAC | 系统分类: 论文交流
原文出自 Journal of Advanced Ceramics ( 先进陶瓷 ) 期刊
Cite this article:
Liu Z, Long X, Zhang Q, et al. High-temperature structural evolution and mosaic-shell formation of sinoite fibers resistant to 1700℃. Journal of Advanced Ceramics , 2026, https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221265
文章 DOI ： 10.26599/JAC.2026.9221265
ResearchGate ： High-temperature structural evolution and mosaic-shell formation of sinoite fibers resistant to 1700℃
一、导读
氧化物和氮化物陶瓷纤维集防热、承载和低介电性能于一体，是航空航天工业领域陶瓷基复合材料的关键原材料。连续陶瓷纤维的耐高温性能是复合材料制备温度和使用温度的关键因素，因此，耐高温陶瓷纤维是先进陶瓷的重点发展方向。目前，多晶氧化铝纤维在 1400℃ 以上晶粒过度粗化，非晶氮化硅纤维在此温度以上强度急剧下降，限制了陶瓷基复合材料的制备与工作温度，研制更高耐温的低介电陶瓷纤维充满挑战。
氮氧化硅（ Simoite ）陶瓷作为 SiO 2 和 Si 3 N 4 之间唯一稳定结构，具有优异的耐高温性能，在极端热防护材料领域具有重要应用价值。基于氮氧化硅陶瓷的优异本征性能，国防科技大学陶瓷纤维课题组采用先驱体转化法研制出耐 1700℃ 、近 Si 2 N 2 O 化学计量比的连续氮氧化硅陶瓷纤维。本研究首次报道了该种新型陶瓷纤维的结构与性能特征，与理论计算结构一致。通过系统分析该纤维的组成结构、微观形貌与力学性能及其高温演变规律，验证了纤维优异的耐高温性能，发现了表面晶粒生长形成的类马赛克镶嵌 Si 2 N 2 O 壳层。本研究为极端环境热防护系统和电磁功能器件提供了极具前景的增强纤维，同时为高性能陶瓷纤维设计与制备提供了新思路。
二、文章亮点
（ 1 ）首次通过先驱体转化法成功制备出近 Si 2 N 2 O 化学计量比、非晶态的连续氮氧化硅陶瓷纤维，密度 2.23 g/cm 3 ，单丝拉伸强度为 1.53 GPa ，弹性模量 151 GPa ，介电常数为 2.771 ，介电损耗为 1.11×10 -4 ，具有低介电、轻质高强的特点，属于新型的结构功能一体化陶瓷材料。
（ 2 ）氮氧化硅纤维在 1600℃ 处理后纤维拉伸强度保留率为 65% ， 1700℃ 强度保留率高达 51% ，相对氧化铝和氮化硅纤维具有优异的耐高温性能。
（ 3 ）氮氧化硅纤维表现出奇特的高温结构演变行为。非晶态氮氧化硅纤维在 1700℃ 处理 1 h 后，纤维表面晶粒呈现 “SiO 2 液相 - 异质形核 - 择优取向生长 ” 的特点。本文首次在连续纤维结构中发现了径向镶嵌形态的 Si 2 N 2 O 柱状晶壳层，相比氧化物纤维和氮化硅纤维具有较高的析晶温度。
三、作者及研究团队简介
邵长伟（通讯作者） ，国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室副研究员。主要研究方向为高性能陶瓷纤维和元素有机聚合物，包括合成方法和结构功能关系等基础研究和关键制备技术与应用研究。
王兵（通讯作者） ，国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室副研究员。主要研究方向为元素有机聚合物合成、高性能陶瓷纤维和微纳功能陶瓷纤维。
刘郅骞（第一作者） ，国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室博士研究生。主要开展氮化物陶瓷纤维的结构与性能研究。
作者及研究团队在 Journal of Advanced Ceramics 上发表的相关代表作：
1 ） LONG X, WU Z, SHAO C, et al. High-temperature oxidation behavior of SiBN fibers in air. Journal of Advanced Ceramics , 2021, 10(4): 768-777. https://doi.org/10.1007/s40145-021-0471-4
《先进陶瓷（英文）》（ Journal of Advanced Ceramics ） 期刊简介
《先进陶瓷（英文）》于 2012 年创刊， 清华大学 主办， 清华大学出版社 出版， 清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室 提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被 SCIE 、 Ei Compendex 、 Scopus 、 DOAJ 、 CSCD 等数据库收录。现为月刊， 2025 年发文量为 202 篇； 2025 年 6 月发布的影响因子为 16.6 ，连续 5 年位列 Web of Science 核心合集“材料科学，陶瓷”学科 33 种同类期刊第 1 名； 2024 年 11 月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目； 2025 年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学 1 区 Top 期刊。 2023 年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台 SciOpen 独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。
期刊主页： https://www.sciopen.com/journal/2226-4108
投稿地址： https://mc03.manuscriptcentral.com/jacer
期刊 ResearchGate 主页： https://www.researchgate.net/journal/Journal-of-Advanced-Ceramics-2227-8508
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