DITF：陶瓷纖維的開發(fā)和織造工藝

陶瓷纖維復合材料，亦稱陶瓷基復合材料(CMCs)，是一種特殊的材料，它們耐高溫，并且由于陶瓷纖維的增強作用，與傳統(tǒng)陶瓷相比，它們可以抵抗快速且強烈的溫度變化而不受損害，為這類材料的應用開辟了特殊的技術領域。

德國紡織和纖維研究所(DITF)幾十年來一直在開發(fā)具有特殊性能的陶瓷纖維。由于研究的最終目的是將制造過程轉移到工業(yè)生產中，最近，DITF在工廠生產技術方面進行了大量投資。目前，其研究重點是開發(fā)基于莫來石和剛玉的氧化物陶瓷纖維。

1 耐高溫

陶瓷纖維的關鍵特性是它們獨特的耐高溫性能。由DITF開發(fā)的Oxcefi陶瓷纖維(圖1)，其價值已超過市售良好的耐高溫纖維?；诖?，工業(yè)界對將其制造技術轉移到工業(yè)生產表現出極大的興趣，對經濟地實施該工藝的興趣也在增長。

圖1 Oxcefi氧化物陶瓷纖維筒管(來源：DITF)

為將陶瓷纖維加工成復合材料，必須先制備紡織預制件：織物浸漬陶瓷基體后，形成3維輪廓骨架，然后進一步被燒制成陶瓷纖維組件。

DITF目前已成功生產出高質量和可重復制造的預制件織物。盡管陶瓷纖維縱向強度較高，但在橫向機械載荷作用下，纖維非常容易斷裂。常規(guī)的編織工藝對于陶瓷紗線而言張力過大，易導致陶瓷纖維斷裂，阻礙織物的生產，甚至出現更壞的情況，即完全無法進行織物生產。

2 織物生產要求

使用特殊的DITF織機(圖2)可避免上述問題，該織機可確保緯紗以非常輕柔的方式插入，并采用一種特別適合這類纖維的特殊夾持技術，使陶瓷纖維在不易被拉斷的情況下加工成織物。

圖2 DITF織機(來源：DITF)

DITF織機首次實現了將內部開發(fā)的陶瓷纖維織制成較大的織物?？棛C的設備參數需根據每種待加工纖維的特性進行相應的調整。在編織過程中，纖維材料的力學參數即使存在微小的差異，也會立即顯現到織物上。

DITF的優(yōu)勢在于其跨部門的協同效應，同時可發(fā)揮同一研究機構內纖維制造和織物機械加工部門的專長。

由紡織品預制件生產的陶瓷纖維增強復合材料具有很高的抗斷裂性能，即使在較高的力學載荷作用和溫度突變情況下也是如此。DITF開發(fā)的纖維，其特性尤其是非常好的耐高溫性能已超越了市售的CMCs。

陶瓷復合材料可用于高溫輕量化結構，例如，它們可以取代金屬超級合金，并且在耐溫性、比強度和比模量方面優(yōu)于此類合金。陶瓷復合材料的其中一項應用是開發(fā)具有更低排放和更高效率的新型飛機用燃氣輪機和固定式燃氣輪機。