复合材料的增强体有机纤维

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1、增强材料共分为三类：①纤维及其织物②晶须③颗粒分为有机纤维和无机纤维要点回顾1（一）无机纤维1、玻璃纤维2、特种玻璃纤维3、碳纤维4、硼纤维5、氧化铝纤维6、碳化硅纤维7、氮化硼纤维　　　8、其他纤维24.1概述4.2硼纤维的制造4.3硼纤维的组织结构4.4硼纤维的性能4.5硼纤维的应用4.硼纤维34.1概述硼：是一种脆性材料，原子序数为5，相对原子量10.8，熔点2000oC以上，电的半导体。硼很难直接制成纤维。4硼纤维：通过化学气相沉积（chemicalvapordeposition，CVD）的方法，在

2、超细的异质芯材上获得表面为硼的复合纤维。芯材：有钨丝、碳丝、涂钨及涂碳的石英玻璃纤维。硼纤维是高强度和高模量的无机纤维，其模量比玻璃纤维约高5~7倍。5硼纤维研制历史1956年最早制成，1959年美国TELLY首先发表了用化学气相沉积法制造高性能硼纤维的论文，并受到了美国空军材料实验室的高度重视，积极推进硼纤维及其复合材料的研制。1966年应用于航天工业，是应航天领域对材料日益严苛的要求而发展起来的，是制造金属复合材料最早采用的高性能纤维。硼纤维的制备问题：现在硼纤维通用的制备方法CVD法，这种制备法硼纤维

3、生产率低，且须对表面进行特殊处理（防止表面氧化及机械损伤）。64.2硼纤维的制造制备工艺：CVD法制备硼纤维，是以氢气为还原剂，从三卤化硼中还原出硼并沉积在炙热的芯材上，所需温度约为1160oC。2BX3+3H22B+6HX上式中，X为卤素原子（Cl、Br、I）。硼纤维的直径有100μm、140μm、200μm几种。74.3硼纤维的组织结构硼纤维的组织和结构受其制备的工艺参数影响很大，由此产生的一些结构缺陷和组织不规则性都可降低纤维的力学性能。因此，硼纤维制备过程中的工艺参数很关键8（1）硼纤维的形貌

4、：硼纤维是由一些边界分开的、不规则的小结节构成“玉米棒”结构，因此表面粗燥。小结节是硼在沉积过程中成核并逐渐长大的，直径为3~7微米，高1~3微米，节间沟深0.25~0.75微米。图3.4硼纤维的表面形貌和断口形貌9（2）硼纤维的结构硼纤维的无定形结构实际上是晶粒直径为2纳米的微晶结构（主要是β—菱形六面体），β—菱形六面体的晶胞结构的基本单元是一组由12个原子构成的二十面体。在钨丝表面形成沉积的硼时往往在界面上有硼化钨化合物的形成，这主要是硼在钨丝表面扩散形成的。10（3）硼纤维的残余应力：采用CVD法制

5、备硼纤维事，存在着较大的残余应力。使用钨芯时，钨芯为压缩应力，硼覆盖层为周向拉伸应力（硼化钨的形成产生体积膨胀）；碳丝芯材时，碳与硼不反应，但热膨胀不匹配，在碳芯中形成很大的拉伸残余应力，覆盖层中外部为压缩应力（硼纤维被拉出后冷淬形成的）。硼覆盖层中的这种压缩应力有利于阻止裂纹在外表面扩展11（4）硼纤维的结构缺陷：包括表面缺陷和芯材与覆盖层之间的界面缺陷。对硼纤维表面进行化学处理，表面缺陷被腐蚀掉，硼纤维的性能将有所提高。（5）硼纤维的表面涂层：由于硼的表面能高，所以在制备复合材料时硼纤维容易被基体材料所

6、浸润，但同时也容易与多数金属（如铝、镁、钛等）强烈反应。因此硼纤维表面必须进行涂层制备，包括：BN、SiC、B4C等。124.4硼纤维的性能化学稳定性：室温下硼纤维的化学稳定性好，但表面具有活性，不需要处理就可与树脂复合，其复合材料具有较高的层间剪切强度。但在高温下易与大多数金属反应，需要在纤维表面沉积保护涂层，如BN、SiC和B4C等。13抗氧化和高温性能：硼纤维的这两种性能较差，在400C时可保持室温强度的80%；在高于500C的氧化气氛中几分钟其强度就迅速下降；在650C时将失去所有的性能。模量

7、：比S玻璃纤维高4~5倍。制造成本：较高，下降的潜力也不大。14表3.6直径为100微米钨芯硼纤维的性能性能数值性能数值密度，g/cm32.6杨氏模量，GPa420拉伸强度，GPa3.1~4.1剪切模量，GPa165~179泊松比0.21热膨胀系数，10-6/C4.68~5.0纤维直径，微米处理状态平均拉伸强度，GPa142未处理3.8406未处理2.1382表面化学抛光4.6382热处理+化学抛光5.7表3.7改进的特大直径钨芯硼纤维的性能154.5硼纤维的应用硼纤维主要用于聚合物基和铝基复合材料。由于卓

8、越的性能和昂贵的价格，硼纤维增强复合材料主要用于航空航天、军事领域。应用实例：轰炸机、战斗机的水平尾翼。硼纤维增强铝基时一般带有碳化硅涂层，以避免硼纤维与铝、镁等基体之间产生有害的界面反应；硼纤维增强钛时一般带有B4C涂层，基体常用Ti-6Al-4V合金。165.氧化铝纤维以氧化铝为主要纤维组分的陶瓷纤维统称为氧化铝纤维(AluminiaFibre,AF或(Al2O3)f)。17通常情况下，将氧化铝含量大于70％