無機復合材料第二章——增強材料-資料下載頁
2025-08-16 00:59本頁面
【正文】 Si、 22％ N、 15％ C和 8％ O，密度 g/cm3 ，強度 1800MPa，模量 220GPa，最高使用溫度 1400℃ 。 ? Si3N4纖維 ：強度 2450－ 2480MPa，模量 200－ 250GPa，最高使用溫度 1200℃ 。 ? B4C纖維 ：密度 g/cm3 ，強度 2400MPa，模量 400GPa。 這些纖維的性能缺乏競爭性，在文獻中出現(xiàn)很少，應用更少。 其它陶瓷纖維（ Ceramic fiber） 在新型增強材料的研究與開發(fā)過程中，實際上科研人員還研究和開發(fā)了許多無機陶瓷纖維，例如： 在金屬基復合材料中，也使用部分金屬纖維，如 W絲、 Mo絲、不銹鋼絲等。但總體而言，這些金屬纖維的密度大，比強度、比模量不占優(yōu)勢，除高溫合金基復合材料外，應用較少。 (8)、金屬纖維（ Metallic fiber） 金屬纖維的制造工藝： 金屬纖維的性能： ? 顆粒增強材料是用以改善基體材料性能的顆粒狀材料。 ? 分為延性顆粒、剛性顆粒和相變增韌顆粒增強體三種。 ? 延性顆粒增強體主要是一些高熔點的金屬顆粒，如 Ni、 Co、 W等，通過在裂紋尖端的橋聯(lián)、塑性變形等作用達到增強增韌的目的。 ? 剛性顆粒主要是一些高強、高硬的陶瓷顆粒，如 Al2O Si3N SiC、TiC、 TiN等，通過顆粒釘扎、裂紋偏轉(zhuǎn)、彌散強化等機理來增強。 ? 相變增韌顆粒主要是以 ZrO2為代表，通過 tZrO2（四方相，tetragonal）向 mZrO2（單斜相， monoclinic）的相變，來增韌。 三、顆粒增強材料 （ Particle/Particulate reinforcements） (1)、概述 ? 一般復合材料中的顆粒增強材料的粒徑為幾微米至幾十微米，含量約為體積分數(shù) 5～ 70 ％。 ? 顆粒增強的復合材料因其原料價格低、制備工藝簡單，已廣泛應用于 PMC（用作填料）、 MMC和 CMC中。 ? 值得注意的是，采用納米級的顆粒制成的功能復合材料正成為復合材料的研究熱點。 ? 本節(jié)主要介紹有關(guān) Al2O SiC、 B4C、 ZrO2等陶瓷顆粒增強材料的形貌、性能、表面處理等。 (1)、概述 (2)、常用的顆粒增強材料的形貌 (3)、常用的顆粒增強材料的性能 (4)、顆粒增強材料的表面處理 為了改善增強顆粒材料與基體的濕潤性，在進行復合制備前，往往對顆粒進行表面處理。在 MMC中顆粒材料的表面處理方法有： ? 金屬表面涂層 ? 顆粒材料表面熱處理 ? 超聲波處理 顆粒材料表面熱處理和超聲波處理，主要是改善增強顆粒表面的狀況，如干燥、除去表面所吸附的水分和氣體等，從而提高分散特性。 金屬表面涂層則是改變顆粒表面的組成，提高增強顆粒的表面能，間接改善顆粒與金屬基體的濕潤性。 根據(jù)濕潤方程： glslsg???? ??c os 為了改善固態(tài)材料與液態(tài)材料的濕潤性，提高固態(tài)材料的 ?sg和降低液態(tài)材料的 ?lg，均可以降低濕潤角 ?，從而提高固、液材料的浸潤性，提高了增強材料與基體的結(jié)合力。 ? 晶須是微細的高純度的單晶體，是目前的復合材料中應用的強度最高的一種增強材料，最接近材料的理論強度。晶須的直徑很小，只有亞微米和微米數(shù)量級，長度 10～ 102 ?m。 ? 晶須材料的發(fā)現(xiàn)也是偶然的。 1948年美國貝爾電話公司在排除經(jīng)常出現(xiàn)的電話線路短路原因時，發(fā)現(xiàn)在蓄電池極板表面產(chǎn)生有針狀結(jié)晶物。進一步研究發(fā)現(xiàn)其晶體結(jié)構(gòu)與金屬極板材料相同，但強度遠高于極板材料，因其形狀象鯨魚的胡須，因此把這種針狀結(jié)晶材料稱之為晶須（ Whisker）。 ? 目前應用的晶須分為陶瓷晶須和金屬晶須兩大類。在復合材料中主要應用陶瓷晶須，如 SiCw、 Al2O3w, B4Cw、 TiCw碳化物、氧化物陶瓷晶須等。使用最多的是 SiCw。 ? 陶瓷晶須除超高強度外，還具有密度低、耐高溫、高模量以及化學穩(wěn)定性。 四、晶須增強材料 （ Whisker reinforcements） (1)、概述 10?m 典型的 SiC晶須形貌（日本東海碳素公司） (2)、晶須的基本性能 其中有代表性的是 SiCw的制備方法，以下作簡要介紹。 (3)、晶須的制備方法 ? 化學氣相沉積（ CVD）法 ? 溶膠－凝膠 （ Solgel）法 ? 氣－固－液（ VLS）法 ? 液相生長法 ? 固相生長法 ? 原位生長法等 (4)、 SiC晶須的制備方法 ? 固相法 固相法制備 SiCw的典型方法是利用稻殼產(chǎn)生的 SiO2和碳黑之間的反應生成 SiCw。 SiO2＋ 3C ＝ SiC ＋ 2CO 工藝過程：在～ 700℃ 下將稻殼焦化并得到 SiO2和自由炭，在 1500～ 1600℃ 下 Ar或 N2保護下， SiO2與碳黑反應生成 SiCw和部分殘余自由炭，然后在在～ 800 ℃ 將自由炭去除，可得較純的 SiCw。但這種方法還會得到部分顆粒狀的 SiC，需要通過濕法篩分來將 SiCw和 SiCp分離。一般這種方法生產(chǎn) SiCw長徑比約為 50。 (4)、 SiC晶須的制備方法 ? VLS （ VapourLiguidSolid）法 該方法由美國 Los Alamos國家實驗室在 1964年開發(fā)的。 V即反應氣體供給（ Vapor feed gasses）， L即為液態(tài)觸媒 (Liquid catalyst)， S即為固態(tài)晶須生長 ( Solid crystalline wiskers)。 (5)、 SiCw制備及使用中的問題 ? SiCw的長徑比控制； ? SiCw中混雜有顆粒狀的 SiC，兩者的分離； ? SiCw的表面清潔度（ C、微晶 Si和催化劑殘留）和直晶率； ? SiCw的結(jié)團及分散均勻； ? SiCw的價格； ? SiCw的致癌性等。 本章小結(jié)： ? 增強材料概述 —— 定義、分類、結(jié)構(gòu)類型、選擇增強材料的原則 ? 纖維增強材料 —— Kevlar纖維、玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、 SiC纖維、 Al2O3纖維 ? 顆粒增強材料 —— 延性顆粒、剛性顆粒、相變增韌顆粒 ? 晶須增強材料 —— 特性、分類、 SiC晶須的制備方法
數(shù)學相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1