【正文】 149 圖 6— 12 橫向抗拉強度與基體強度和纖維種類的關(guān)系 復(fù)合材料橫向抗拉強度＊107N/m2 基體抗拉強度＊ 107N/m2 。應(yīng)當(dāng)說明的是．為提高基體強度而進行的復(fù)合材料熱處理對于提高復(fù)合材料橫向強度非常有效。含有 150um硼纖維的復(fù)合材料的強度隨基體強度的增加而連續(xù)增加。 100um硼增強鋁復(fù)合材料則代表著第二種斷型類型的特征。 兩類復(fù)合材料特性的典型應(yīng)力應(yīng)變曲線示于圖 6— 11。 146 對于第三類斷裂這里不作進一步討論，因為對于結(jié)合良好的硼 — 鋁材料而言并不典型。 145 所有硼 — 鋁復(fù)合材料的橫向拉伸特性可以根據(jù)斷口的形貌分為三種常見的類型。這樣大的各向異性是采用多向復(fù)合增強的大要原因。 143 圖 610 復(fù)合材料軸抗拉強度隨試驗溫度的變化 試驗溫度，Ｙ 軸向抗拉強度＊107N/m2 144 (2)橫向拉伸 在構(gòu)件中所用的硼 — 鋁復(fù)合材料的橫向拉伸性能是重要的考慮因素。高溫軸向強度主要取決于纖維強度這一事實表明，復(fù)合材料高溫強度的改進主要是靠改進纖維的性能。其結(jié)果如圖 6— 10所示。由于復(fù)合材料軸向強度與纖維體積比至線性關(guān)系，因而可以用混合定則來表爾復(fù)合材料強度與纖維強度及基體強度之間的關(guān)系．其結(jié)果與前面類似，這里不再重復(fù)。 140 圖 69 復(fù)合材料軸向抗拉強度隨纖維合量的變化 軸向抗拉強度＊107N/m2 纖維體積比％ 141 如果纖維強度的重復(fù)性好，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的軸向抗拉強度隨纖維含量的變化實質(zhì)上呈線性關(guān)系。圖 69為復(fù)合材料強度與纖維含量的關(guān)系。 138 圖 68 基體纖維及復(fù)合材料應(yīng)力 — 應(yīng)變曲線圖 139 硼鋁復(fù)合材料具有很高的抗拉強度，這主要是由于增強纖維的抗拉強度高。在冷卻時，基體發(fā)生塑性和彈性收縮，而纖維只發(fā)生彈性收縮、基體中留下的平均凈拉伸殘余應(yīng)力的大小等于纖維中的凈壓縮殘余應(yīng)力。這種應(yīng)力 — 應(yīng)變曲線不僅反映了硼鋁復(fù)合構(gòu)料的特性，而且其它金屬基復(fù)合材料也有類似的特征。圖中結(jié)出了制造狀態(tài)的 (F狀態(tài) )和熱處理狀態(tài)的兩種特性。復(fù)合材料軸向強度和斷裂應(yīng)變受纖維性能制約。然而、由于纖維與基體分布的獨立性和各相之間反應(yīng)熱力學(xué)的可觀察性，使得復(fù)合材料這種冶金和結(jié)構(gòu)的體系比以往大多數(shù)的工程材料更適于作定量分析的描述。如果試樣軸相對纖維軸轉(zhuǎn)動，四個獨立的彈性常數(shù)也將發(fā)生相應(yīng)的變化。 131 縱向與橫向模量均隨溫度的增加而下降。 130 橫向彈性模量的關(guān)系較為復(fù)雜，但理論計算與實驗值符合，圖 6— 6示出了這兩個模量的理論值與實驗值的符合情況。 組元硼纖維和鋁基體的彈性常數(shù)見表 6— 5。于是可以把它作為一個處于平面應(yīng)力狀態(tài)的正交薄片來對待，因而只需四個獨立的彈性常數(shù)。 127 單向增強硼 — 鋁復(fù)合材料可以看作是一種正交材料，它在橫向上各向同性并具有五個獨立的彈件常數(shù)。彈性模量決定了結(jié)構(gòu)在載荷下的尺寸，在這些用途中，它是相當(dāng)重要的。但這些合金的標準熱處理方法還是可用的。這些合金包括鋁銅鎂合金2024，鋁鎂硅臺金 6061和鋁鋅合金 7178等。對于每種工藝來說．其切割表面質(zhì)量，特別是關(guān)系到纖維的壓碎或開裂，必須結(jié)合切割速率和工具壽命這些價格因素加以權(quán)衡比較。 124 研究表明，剪切和冷沖僅對極薄板材有用，而砂輪切割和磨削則是可用的方法；金剛石切割和金剛石鉆孔也是可用的，但刀具磨損過多。拉伸試樣的加工問題通常采用砂輪切割或電加工的方法來解決。硼 — 鋁復(fù)合材料的機械加工比較困難。機械固定方法的使用要考慮兩條主要的限制，承載能力與拔出應(yīng)力必須按各向異性復(fù)合材料確定；為安裝固緊件而對復(fù)合材料進行機械加工時必須小心，保證不產(chǎn)生明顯的損傷。 122 除了各種焊接方法以外．機械固定和膠接也是復(fù)合材料的有效連接力法。硼 — 鋁熔焊第二個需要考慮的因素是組分之間的殘余應(yīng)力狀態(tài)。這就必須把熱影響區(qū)盡可能限制在最小的范圍。 121 鋁合金的熔焊用于獲得高強度的、抗蝕的韌性連接。 硼 — 鋁復(fù)合材料的無焊劑爐中釬焊，如果不會使纖維損傷，則可按標準的鋁焊工藝進行。硼 — 鋁與硼 — 鋁，或者硼鋁與鋁板或鈦的固態(tài)擴散結(jié)合工藝，其所要求的技術(shù)和設(shè)備同前述的復(fù)合材料制造上藝基本相同。因為鋁的連接是一種很成熟的工藝，而且纖維損傷的熱力學(xué)條件也已知、所以解決這個問題的途徑是很明確的。 硼 — 鋁復(fù)合材料的連接技術(shù)是基于鋁的連接而并不考慮硼同硼連接。由于纖維對復(fù)合材料的束縛，使得材料的最大軸向斷裂延伸率小于 1％，而蠕變時橫向斷裂延伸率甚至更?。挥懈叩募羟许g性和高的蠕變延伸率才能使只要求基體剪切的蠕變成型過程順利進行。纖維對成型工序造成的嚴重束縛，致使零件的加工制造在很多情況下是在復(fù)合材料熱壓過程中用易于彎曲的預(yù)制板加工成最終形狀的。因為復(fù)合材料系列的最高成型溫度尚不到 600Y，所以如果沒有纖維斷裂和很高的殘余應(yīng)力，則纖維不會有什么塑性延伸。 117 1．成 型 硼 — 鋁復(fù)合材料的成型涉及到它的組分 ——強而近于脆性的纖維和軟而延性的鋁。用這種工藝制造的復(fù)合材料的早期試驗結(jié)果表明，此種硼 — 鋁材料具有權(quán)好的高溫強度和耐疲勞性能。 115 用纖維纏繞加等離子噴涂基體這樣的工藝來制造平板和大直徑團環(huán)。使用這種工藝時遇到的問題有，須保持精確的纖維間距，防止在高纖維體積比時纖維被壓碎，以及由于纖維的存在而要求的壓力條件下達到良好的基體控制性能。解決這個問題的一種方法是在沉積基體之前先將纖維鍍鎳，但這種工藝成本相當(dāng)高，因此應(yīng)用受到了限制。電成型工藝是先將纖維繞在芯軸上，然后在盛有鋰 — 鋁氫化物和氯化鋁的乙醚槽中電鍍鋁。這種絲的典型性能是 20℃ 時抗拉強度為 3． 8GPa， 500℃ 時為 2． 8GPa， 絲材在 500℃ 或 550℃ 的熱壓過程中不會明顯退火。目前兩種最有效的附加物是鈦箔和高強度“火箭絲”。 若硼纖維用碳化硅涂覆，這些限制大多可以放寬或不予考慮，因為在制造過程中可以使用高得多的溫度而不會使纖維損傷。 (2)為保證鋁的結(jié)合和消除孔隙度、時間 — 溫度 壓力參數(shù)必須高于門限值，因為這是一個受蠕變和擴散限制的過程。壓力一般要求超過 70MPa，為了防止硼的氧化，要在更長的時間內(nèi)保持氧的分壓很低。然而．用促進大范圍塑性變形的方法．如像疏松的等離子噴涂的壓實或像擠壓的情況，則熱壓時間可以大大縮短。否則．惡劣的條件會使復(fù)合材料強度減低并使鋁的擴散結(jié)合不好。這兩種工藝都能用來熱壓長零件。 108 若要制造復(fù)雜形狀的零件，則使用成型模具熱壓疊層．這種疊層可以含有許多復(fù)雜形狀的單片。 假若使用平板熱壓，通常要將疊層封裝在套內(nèi)，因為控制氣氛對防止鋁或硼在高溫下氧化是很重要的。剪切時一般采用比較簡單的單片剪切。這一步驟直接在高壓焊合之前進行．因為在樹脂粘合劑揮發(fā)之后必須依靠機械作用使纖維和鋁箔保持原位。 106 這種工藝的優(yōu)點是，纖維在纏繞筒上就被基體同定住，因而纖維間距好控制，噴涂條帶的耐久性和強度好，以及易于復(fù)合粘結(jié) 。熔融質(zhì)點打在纖維 — 箔片上并急冷到纖維的反應(yīng)溫度以下。因為選擇的等離子噴涂合金與箔基體相同，所以這兩種材料都變成基體的一部分。目前的設(shè)備可同時輸出 600根脆性絲。由于簡單的螺桿機構(gòu)便能保證纖維盤的移動與滾筒轉(zhuǎn)動相配合，故能使間距非常精確和滿足張力控制。 104 所用的纖維排列方法有兩種，單絲滾筒纏繞和從纖維盤的線架用多絲排列成連續(xù)條帶：前一種工藝因為簡單而較常使用。制造預(yù)制品的材料包括成卷的硼纖維、鋁合金箔、氣化后不留殘渣的易揮發(fā)樹脂以及樹脂的溶劑。前述的兩種工藝具有十分相似的制造工藝，這就是把樹脂粘合的或者是等離子噴涂的條帶預(yù)制品再經(jīng)過熱壓擴散結(jié)合。 102 制造過程可分為三個階段：纖維排列、復(fù)合材料組分的組裝壓合和零件層壓。常用的工藝有兩種，第一種是纖維與基體的組裝壓合和零件成型同時進行；第二種是先加工成復(fù)合材料的預(yù)制