【正文】 0、 8091, 英國的 8090和 8091, 法國的 CP271(8090)和 CP274(2091)， 前蘇聯(lián)的 BAД2 014 1421等。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 19 ?粉末冶金法 (PM) 優(yōu)點：合金成分選擇范圍大，可獲得微細(xì)的組織 和更好的性能，現(xiàn)處于研究開發(fā)階段。 目前，美國聯(lián)合信號公司采用這種方法研制的 644B合金的力學(xué)性能與現(xiàn)用航空航天鋁合金相當(dāng)，但密度更低、比剛度更高，特別是具有優(yōu)異的低溫性能。 預(yù)計粉末鋁鋰合金可能成為航空、航天器的重要結(jié)構(gòu)材料。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 20 ?機(jī)械合金化法 (MA) 原理：將機(jī)械混合粉末進(jìn)行高能球磨以獲得復(fù)合 粉末再經(jīng)壓實成材。 90年代美國 Incoa公司采用該方法研制的 IncoMAPAl 905XL合金 (AlMgLi)具有極好的抗應(yīng)力腐蝕性能和熱穩(wěn) 定性 ,并生產(chǎn)出 136kg和 544kg的真空熱壓坯料 ,已用于美國 F18大黃蜂戰(zhàn)斗機(jī)艙罩 ,機(jī)械合金化法鋁鋰合金因其熱強(qiáng) 度優(yōu)于其它鋁鋰合金 ,可能在航天材料中占有特殊地位。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 21 ?鋁鋰合金的一個發(fā)展方向：超塑成型。 目前超塑成型的主要方法是板材吹脹法， 90 年代采用的超塑成型 /擴(kuò)散連接技術(shù)，能夠使形狀 復(fù)雜的鋁鋰合金構(gòu)件一次成型 ,并可大幅度提高結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度 ,降低結(jié)構(gòu)重量。英國 Alcon公司報導(dǎo)的鋁 鋰合金擴(kuò)散連接工藝采用鋅做夾層。 目前鋁鋰合金應(yīng)用存在的主要問題是成本高、韌性和塑性較差、缺少足夠的設(shè)計和使用經(jīng)驗。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 22 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 纖維材料 （ 1）玻璃纖維 性能：質(zhì)輕、高強(qiáng)、絕緣、防腐、耐高溫 用途：制造纖維增強(qiáng)材料，可紡織、縫編，易 于與各類材料復(fù)合。 因為玻纖增強(qiáng)材料的比強(qiáng)度、比模量、 耐疲勞性、阻尼減震性和破損安全性都超過 高強(qiáng)金屬性能，是跨越傳統(tǒng)的新型材料。 23 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 由碳基物質(zhì)或纖維在惰性氣體氣氛中經(jīng)高 溫碳化即可制成碳纖維和石墨纖維。在 800~ 1600℃ 燒成碳纖維，在 2500~3000℃ 燒成為石 墨纖維。 碳纖維的含碳量為 95%，石墨纖維的含碳 量 99%，均可制成短纖維，也可制成連續(xù)不斷 的長纖維，還可以織成布、帶及氈等制品。 （ 2）碳纖維 24 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 特性：與一般碳素材料相比 ?相同點：耐高溫、耐磨擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕 ?不同點：外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工 成各種織物，沿纖維軸方向強(qiáng)度很，力 學(xué)性能突出。 碳纖維比重小，比強(qiáng)度很高。 用途：與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù) 合做結(jié)構(gòu)材料。 25 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 工業(yè)化生產(chǎn)碳纖維方法，按原料路線分類 ?聚丙烯腈 (PAN)基碳纖維 ?瀝青基碳纖維：由瀝青制取碳纖維，原料來源 豐富，碳化收率高，但因原料調(diào)制復(fù)雜、產(chǎn)品 性能較低，亦未得到大規(guī)模發(fā)展； ?粘膠基碳纖維：從粘膠纖維制取高力學(xué)性能的 碳纖維必須經(jīng)高溫拉伸石墨化，碳化收率低， 技術(shù)難度大、設(shè)備復(fù)雜，成本較高，產(chǎn)品主要 為耐燒蝕材料及隔熱材料所用。 26 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 ?聚丙烯腈 (PAN)基碳纖維 27 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 28 碳纖維的結(jié)構(gòu)模型 Polymer Matrix Composites， PMC 普通型 高強(qiáng)度型 高彈性模量型 按力學(xué)性能分類 高強(qiáng)度碳纖維、高模量碳纖維和普通碳纖維。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 29 碳纖維的特點： ?強(qiáng)度和模量高、密度??； ?具有很好的耐酸性；熱膨脹系數(shù)小，甚至為負(fù)值 ?具有很好的耐高溫蠕變性能，一般碳纖維在 1900℃ 以上才呈現(xiàn)出永久塑性變形。 ?摩擦系數(shù)小、潤滑性好、導(dǎo)電性高。 碳纖維的缺點： ?價格昂貴，比玻璃纖維貴 25倍以上 ?抗氧化能力較差，高溫有氧存在時會生成二氧化碳。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 30 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 （ 3）其它無機(jī)纖維 ?碳化硅纖維（ Silicon Carbide Fibre， SF或 SiCf） 生產(chǎn)方法：有機(jī)合成法和 CVD法。 特點：高強(qiáng)度高模量，良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐 高溫和耐輻射性能。比碳纖維和硼纖維具 有更好的高溫穩(wěn)定性。具有半導(dǎo)體性能。 與金屬相容性好，常用于金屬基和陶瓷基 復(fù)合材料。 31 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 32 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 ?硼纖維（ Boron Fibre， BF或 Bf） 1958年 CVD方法研制成功高模 量的硼纖維。 制備方法：在加熱的鎢絲表面通過化學(xué)反應(yīng)沉積硼層。 規(guī)格：硼纖維直徑有 100μm、 140μm、 200μm幾種。 特點：具有很高的彈性模量和強(qiáng)度，性能受沉積條件 和纖維直徑的影響，硼纖維的密度為 ~ g/cm3，拉伸強(qiáng)度為 ~，彈性模量為 350~400GPa。耐高溫，耐中子輻射。 33 缺點 ：工藝復(fù)雜，不易大量生產(chǎn)，價格昂貴。 由于鎢絲的密度大，硼纖維的密度也大。 目前已研究用碳纖維代替鎢絲，以降低成本 和密度，結(jié)果表明，碳心硼纖維比鎢絲硼纖維強(qiáng) 度下降 5%，但成本降低 25%。 常溫為較惰性物質(zhì)，但在高溫下易與金屬反 應(yīng)，因此需在表面沉積 SiC層，稱之為 Bosic纖維。 用途：主要用于聚合物基和金屬基復(fù)合材料。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 34 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 ?氧化鋁 纖維（ Aluminia Fibre,AF或（ Al2O3） f） 氧化鋁纖維是多晶連續(xù)纖維，除 Al2O3外常 含有約 15%的 SiO2。 優(yōu)點：具有優(yōu)良的耐熱性（ 1200～ 1300 ℃ ）和 抗氧化性，直到 370℃ 強(qiáng)度仍下降不大。 缺點：在所有纖維中密度最大。 用途：主要用于金屬基復(fù)合材料。 35 （ 4） Kevlar有機(jī)纖維 （ 芳綸 、 聚芳酰胺纖維 ） 特點：比強(qiáng)度、比模量高；其強(qiáng)度可達(dá) 2800～ 3700MPa；密度小，只有 g/㎝ 3；耐 熱性比玻璃纖維好。它還具有優(yōu)良的抗 疲勞性、耐蝕性、絕緣性和加工性。 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 36 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 Kevlar纖維樹脂復(fù)合材料 由 Kevlar纖維與環(huán)氧、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等樹脂組成。 性能特點 :抗拉強(qiáng)度大于玻璃鋼，而與碳纖維 ― 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料相似； 延性好，與金屬相當(dāng)； 其耐沖擊性超過碳纖維增強(qiáng)塑料； 其疲勞抗力高于玻璃鋼和鋁合金； 減振能力為鋼的 8倍。 37 材料化學(xué) 新 型 結(jié) 構(gòu) 材 料 （ 5）金屬和鋼纖維 類型：鎢、鉬、不銹鋼、鋁等 特點：導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，塑性和抗沖擊性好。 制備方法：拉絲加工。 熔融紡絲法、擠壓法、析出法、冷 卻法等制造金屬纖維的