【正文】 產廠家。 210 現在硼纖維 通用的制備方法 是 在加熱的鎢絲表面 通過 化學反應沉積 硼層。 硼纖維的 直徑 有 100μm、 140μm、 200μm幾種。 211 硼纖維 具有良好的 力學性能 、 強度高 、 模量高 、 密度小 。 硼纖維具有 耐高溫和耐中子輻射 性能。 212 硼纖維的缺點 工藝復雜 ，不易大量生產，其 價格昂貴 。 由于鎢絲的密度大， 硼纖維的密度 也大。 213 硼纖維具有很高的 彈性模量 和 強度 ，但其性能受 沉積條件和纖維直徑 的影響。 硼纖維的 密度 為 ~ g / cm3， 拉伸強度 為 ~ GPa， 彈性模量 為 350 ~ 400 GPa。 214 硼纖維 在空氣中的 拉伸強度 隨溫度升高而降低 。 在 200 ℃ 左右 硼纖維性能 基本不變 ；而 在315 ℃ 、 1000小時硼纖維強度將 損失 70％ ；而加熱到 650 ℃ 時 硼纖維強度將 完全喪失 。 215 硼纖維的 彎曲強度 比 拉伸強度 高，其平均 拉伸強度 為 310 MPa， 拉伸模量為 420 GPa。 216 在室溫下 ，硼纖維的 化學穩(wěn)定性好 ，但表面具有活性 ， 不需要處理 就能與樹脂進行復合，而且所制得的復合材料具有 較高的層間剪切強度 217 目前已研究用 碳纖維 代替 鎢絲 ，以降低成本和密度。 結果表明， 碳心硼纖維 比 鎢絲硼纖維強度下降 5%，但成本降低 25%。 218 硼纖維 在常溫下 為 惰性物質 ，但 在高溫下 易與金屬反應。 因此，需在表面 沉積 SiC層 ，稱之為 Bosic纖維。 硼纖維主要用于 聚合物基 和 金屬基復合材料 。 219 氧化鋁纖維 以 氧化鋁 為 主要纖維組分 的陶瓷纖維統稱為氧化鋁纖維 ( Aluminia Fibre, AF或( Al2O3 )f )。 220 通常情況下，將 氧化鋁含量大于 70％ 的纖維相稱為 氧化鋁纖維 ； 將 氧化鋁含量小于 70％ ，其余為 二氧化硅和少量雜質 的纖維稱為 硅酸鋁纖維 。 221 氧化鋁纖維的特點 (1) 耐熱性好 ，在空氣中加熱到 1250 ℃還保持室溫強度的 90%， 碳纖維 通常在 400 ℃ 以上就氧化燃燒。 222 (2) 不被熔融金屬侵蝕 ，可與金屬很好地復合。 (3)表面活性好 ，不需要進行表面處理，即能與樹肥和金屬復合。 (4)具有極佳的 耐化學腐蝕 和 抗氧化性 ，尤其在高溫條件這些性能更為突出 。 223 (5)用氧化鋁增強的復合材料 具有優(yōu)良的 抗壓性能 ，壓縮強度比 GFRP高，是 GFRP的三倍以上，耐疲勞強度高，經 107次 重復交變加載 后，強度不低于靜強度的 70％。 224 (6)電氣絕緣 、 電波透過性好 。 與玻璃鋼相比，它的介電常數和損耗值小，且隨頻率的變化小，電波透過性更好。 225 氧化鋁纖維的應用 針對上述特點，氧化鋁纖維適合于制造既需要 輕質高強 又需要 耐熱 的結構件。 用它制作 雷達天線罩 ，其 剛性 比玻璃鋼高，透電波 性能好， 耐高溫 。 226 若用 氧化鋁纖維的復合材料 制 導彈殼體 ，則有可能不開天線窗，將天線裝在彈內。 目前， 氧化鋁纖維的的用途 正處于 開發(fā)階段 ，不久的將來將在 航空 、 航天 、 衛(wèi)星 、 交通 和 能源 等部門得到廣泛應用。 227 氧化鋁纖維 不足之處 是 密度比較大 ，約為 g / cm 3， 是纖維中最大的一種。 228 碳化硅纖維 碳化硅纖維（ Silicon Carbide Fibre，SF或 SiCf）是以 碳和硅為主要組分 的一種陶瓷纖維。 229 碳化硅纖維的性能 SiC纖維是 高強度、高模量 纖維，有良好的 耐化學腐蝕性 、 耐高溫 和 耐輻射性能 。 230 (1)力學性能 以在日本碳公司進行中試生產，產品名稱 尼卡綸 為代表，其主要性能如下表所示： 231 尼卡綸的一般性質 從表中可看出， 尼卡綸 的強度與韌性接近于硼纖維。 232 (2) 熱性能 碳化硅纖維 具有優(yōu)良的 耐熱性能 ， 在 1000℃以下 ，其力學性能（ 拉伸強度 和 彈性模量 ）基本上不變，可長期使用。 當 溫度超過 1300℃ 時，其性能才開始下降。 因此，相比于碳纖維和硼纖維， 碳化硅纖維 具有更好的 高溫穩(wěn)定性 ，是一種較好的耐高溫材料 。 233 (3) 耐化學性能 碳化硅纖維 具有良好的 耐化學性能 ，在 80℃下耐強酸 (HCl、 H2SO HNO3)； 用 30％ NaOH浸蝕 20小時后，纖維僅失重 1％以下，其力學性能仍不變。 碳化硅纖維 與全屬在 1000℃ 以下也不發(fā)生反應，而且有很好的浸潤性，有益于金屬的復合。 234 (4) 耐輻照和吸波性能 碳化硅纖維 在通量為 ? 10 10中子 /秒的 快中子 輻照 105中子伏特 ， 200納秒的強脈沖 ?射線照射下，碳化硅纖維 強度 均無明顯降低。 235 此外， SiC纖維還具有 半導體性能 ，與 金屬相容性 好，常用于金屬基和陶瓷基復合材料。 236 6. 2．碳化硅纖維的應用 由于碳化硅纖維具有 耐高溫 、 耐腐蝕 、 耐輻射 的 三耐性能 ，是一種耐熱的理想材料。 237 用 碳化硅纖維 編織成雙向和三向 織物 ，巳用于高溫的傳送帶、過濾材料，如汽車的廢氣過濾器等。 碳化硅復合材料 已應用于 噴氣發(fā)動機渦輪葉片 、 飛機螺旋槳 等受力部件。 238 在軍事上， 碳化硅纖維 用于大口徑軍用步槍金屬基復合槍筒套管 ， M1作戰(zhàn)坦克履帶、火箭推進劑傳送系統，先進戰(zhàn)術戰(zhàn)斗機的 垂直安定面 ，導彈尾部，火箭發(fā)動機 外殼 ， 魚雷殼體 等。 239 碳化硅纖維的制造方法 A、 化學氣相沉積法（ＣＶＤ法） B、 燒結法 (有機聚合物轉化法 ) 240 化學氣相沉積法 生產的 碳化硅纖維 是直徑為95140 um的單絲； 燒結法 生產的 碳化硅纖維 是直徑為 10 um的細纖維，一般由 500根纖維組成的絲束為商品。 241 碳化硅纖維 的主要生產國是美、日兩國。 美國 Texton公司是 碳化硅單絲 的主要生產廠。碳化硅纖維的 系列產品 是 SCS2， SCS6等，并研究發(fā)展 碳化硅纖維增強鋁、鈦基復合材料 。 242 日本碳公司 是利用 燒結法 生產 碳化硅纖維的主要廠家，系列商品名為 Nicalon纖維。 80年代末，日本又發(fā)展了 含 Ti碳化硅纖維 。碳化硅纖維 雖有其性能特點，但 價格昂貴 ，應用尚未廣泛。 243 氮化硼纖維 氮化硼纖維 是 20 世紀 60年代發(fā)展起來的無機纖維，該纖維具有優(yōu)良的 機械性能 、 耐熱性能 、抗氧化性能 、 耐腐蝕性能 以及獨特的 電性能 等，可用作 金屬基 、 陶瓷基 、 聚合物基 復合材料的增強材料 . 244 氮化硼的結構 類似于石墨，而 氮化硼的耐氧化性能 比石墨優(yōu)越。 石墨纖維 在空氣中 400℃ 時氧化性能開始降低，而 氮化硼纖維 在 850℃ 的空氣中 才開始氧化。 245 石墨纖維 被氧化時產生氣體， 不形成表面的保擴層 ；而 氮化硼纖維 在氧化過程中 具有增重現象 。這是因為形成氧化硼保護層，可以防止深度氧化。 在惰性或還原性氣氛中， 氮化硼纖維 直到2500℃ 纖維的性能是穩(wěn)定的。 246 氮化硼纖維 的 強度 和 模量 接近于 玻璃纖維 ，但是它的 多晶性質 使它具有較好的 耐腐蝕性能 。它的密度為 ~ g / m3， 用其制備的復合材料具有 輕質高強 的特點。 247 氮化硼纖維 具有優(yōu)異的 電性能 ，直到 2022℃纖維還具有極好的 電絕緣性能 ； 氮化硼纖維還具有很 低的介電損耗 和 介電常數 ，是 耐燒蝕天線窗 的理想材料。 248 其他纖維 ① 陶瓷纖維 具有 陶瓷化學成分的纖維 稱為 陶瓷纖維 ，如氧化鋯、氧化鈹、氧化鎂、氧化鈦和硼化鈦等纖維。 249 陶瓷纖維的特點 是可 耐 1260～ 1790℃ 的高溫（在惰性和氧化性氣氛中）、 耐磨耐腐蝕性 好和 良好的物理機械性能 ，特別適合于 陶瓷基復合材料 。 陶瓷纖維的缺點 是 對裂紋等缺陷敏感，脆性大 。 250 ② 金屬和鋼纖維 金屬和鋼的特點是 導電性 和 導熱性 好，塑性 和 抗沖擊性 好。 鋼纖維常用于 混凝土基復合材料 。 251 各種纖維的比較 ①纖維的柔韌性及斷裂 ②比性能 ③熱穩(wěn)定性 252 ① 纖維的柔韌性及斷裂 各種纖維 在拉伸斷裂前 不發(fā)生任何屈服 ，如下圖所示的纖維的 應力 應變 曲線。 253 拉伸應變， % 拉伸應力, GPa 各種纖維的應力應變曲線 254 從 拉斷后 纖維的掃描電鏡 觀察發(fā)現，僅Kevlar49纖維呈 韌性斷裂 ， 斷裂前 纖維有明顯的 頸縮 ，并在發(fā)生 很大的局部伸長后 才最終斷裂 碳纖維 和 玻璃纖維 幾乎就是理想的 脆性斷裂 ，斷裂時不發(fā)生截面積的縮小。 255 ② 比性能 比強度 和 比模量 是纖維性能的一個重要指標。下圖給出了各種纖維比強度和比模量全圖。 256 各種纖維的比強度和比模量比較 比模量， GPa / ( g / cm 3 ) 比強度，MPa / ( g / cm 3 ) 具有最佳的比強度和比模量搭配 比模量最高 比模量和比強度較低 比模量最低 257 ③熱穩(wěn)定性 纖維的 熱穩(wěn)定性 與 熔點 有關。 一般來講，材料的熔點越高，熱穩(wěn)定性就越好。 在 沒有空氣和氧氣的條件 下， 碳纖維 具有非常好的耐高溫性能 。 258 盡管塊狀玻璃的 軟化溫度 為 850℃ ， 但當溫度高于 250 ℃ 時， E玻璃纖維的 強度和模量 就開始迅速下降。 玻璃纖維 的 熱穩(wěn)定性 高于 Kevlar49纖維 。在受到太陽光照射時， Kevlar纖維產生嚴重的光致劣化，使纖維變色，機械性能下降。 259 二、晶須增強體 晶須 （ Whiskers） 是在人工控制條件下，以單晶形式 生長成的一種纖維。 晶須 的直徑一般為幾微米，長幾十微米，是一種 無缺陷的理想完整晶體 。 260 由于晶須的 直徑非常小 ，所以 不適合容納 在大晶體中常出現的 缺陷 ，因而 強度接近于完整晶體的理論值。 近年來，晶須作為一種新型增強材料倍受青睞。 261 自 1948年美國 貝爾電話公司 的科學家首次發(fā)現晶須以來，迄今為止，材料學家們已研究開發(fā)出了 上百種晶須 ，有 金屬 、 氧化物 、碳化物 、 氮化物 、 硼化物 以及 無機鹽 等多種晶須。 但是，已經得到 實際應用 并開始 工業(yè)化生產 的晶須只有幾種。 262 從大的方面來看， 晶須 分為 陶瓷晶須和 金屬晶須 兩類，用作 增強材料 的主要是陶瓷晶須 。 陶瓷晶須 的 直徑 只有幾個微米，長度一般為幾厘米， 斷面 多呈多角狀。 263 陶瓷晶須的基本性能如下表所示： 264 金屬晶須 主要有 Ni、 Fe、 Cu、 Si、Ag、 Ti、 Cd等； 氧化物晶須 主要有 MgO、 ZnO、BeO、 Al2O TiO Y2O Cr2O3等。 265 陶瓷晶須 主要是 碳化物晶須 ，如 SiC、 TiC、ZrC、 WC、 B4C等。 硼化物晶須 主要有 TiB ZrB TaB CrB、NbB2等 無機鹽類晶須 主要有如 K2Ti6O13和 Al18B4O33 266 具有實用價值的 晶須直徑 約為 1 ~ 10μm，長度與直徑比 在 5～ 1000之間。 實際上，晶須是含 缺陷很少 的 單晶短纖維 ，其 拉伸強度 接近其 純晶體的理論強度 。 267 也可以認為， 晶須 是 以單晶結構生長的直徑極小的 短纖維 ，由于 直徑小 (＜ 3um)， 造成晶體中的 缺陷少 ， 原子排列高度有序 ，故其 強度 接近于 相鄰原子間成鍵力 的理論值。 268 晶須 可用作 高性能復合材料 的 增強材料 ，以增強 金屬 、 陶瓷 和 聚合物 。 晶須 是目前 已知纖維中