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SiO₂和Si₃N₄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Si₂N₂O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Si₂N₂O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Si₂N₂O化学计量比、非晶态的连续氮氧化硅陶瓷纤维，密度2.23 g/cm³，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“SiO₂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Si₂N₂O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。

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