復(fù)合材料學(xué)第三章復(fù)合材料的增強材料02

1、復(fù)復(fù) 合合 材材 料料 學(xué)學(xué) 專專 業(yè)：無機非金屬材料業(yè)：無機非金屬材料 教教 師：孫彥彬師：孫彥彬 3.2 碳纖維碳纖維 碳纖維是由有機纖維經(jīng)固相反應(yīng)轉(zhuǎn)變而成碳纖維是由有機纖維經(jīng)固相反應(yīng)轉(zhuǎn)變而成的纖維狀聚合物碳，是一種非金屬材料。它的纖維狀聚合物碳，是一種非金屬材料。它不屬于有機纖維范疇，但從制法上看，它又不屬于有機纖維范疇，但從制法上看，它又不同于普通無機纖維。碳纖維性能優(yōu)異，不不同于普通無機纖維。碳纖維性能優(yōu)異，不僅重量、比強度大、模量高，而且耐熱性高僅重量、比強度大、模量高，而且耐熱性高以及化學(xué)穩(wěn)定性好以及化學(xué)穩(wěn)定性好(除硝酸等少數(shù)強酸外，幾除硝酸等少數(shù)強酸外，幾乎對所有藥品均穩(wěn)定，對

2、堿也穩(wěn)定乎對所有藥品均穩(wěn)定，對堿也穩(wěn)定)。其制品。其制品具有非常優(yōu)良的具有非常優(yōu)良的X射線透過性，阻止中子透射線透過性，阻止中子透過性，還可賦予塑料以導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。以過性，還可賦予塑料以導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。以碳纖維為增強劑的復(fù)合材料具有比鋼強比鋁碳纖維為增強劑的復(fù)合材料具有比鋼強比鋁輕的特性，是一種目前最受重視的高性能材輕的特性，是一種目前最受重視的高性能材料料之一。之一。 它在航空航天，軍事、工業(yè)、體育它在航空航天，軍事、工業(yè)、體育器材等許多方面有著廣泛的用途。器材等許多方面有著廣泛的用途。一、碳纖維的分類一、碳纖維的分類 碳纖維種類很多，一般可以根據(jù)原絲的類碳纖維種類很多，一般可以根據(jù)原絲的

3、類型、碳纖維的性能和用途進行分類。型、碳纖維的性能和用途進行分類。1 1、根據(jù)碳纖維的性能分類、根據(jù)碳纖維的性能分類 (1)(1)高性能碳纖維高性能碳纖維 在高性能碳纖維中有高強度碳纖維，高模在高性能碳纖維中有高強度碳纖維，高模量碳纖維、中模量碳纖維等。量碳纖維、中模量碳纖維等。 (2)(2)低性能碳纖維低性能碳纖維 這類碳纖維有耐火纖維、碳質(zhì)纖維、石墨這類碳纖維有耐火纖維、碳質(zhì)纖維、石墨纖維等。纖維等。2 2、根據(jù)原絲類型分類、根據(jù)原絲類型分類 (1)(1)聚丙烯腈基纖維聚丙烯腈基纖維 (2)(2)粘膠基碳纖維粘膠基碳纖維 (3)(3)瀝青基碳纖維瀝青基碳纖維 (4)(4)木質(zhì)素纖維基碳纖維

4、木質(zhì)素纖維基碳纖維 (5)(5)其他有機纖維基其他有機纖維基( (各種天然纖維，再生各種天然纖維，再生纖維、縮合多環(huán)芳香族合成纖維纖維、縮合多環(huán)芳香族合成纖維) )碳纖維碳纖維。3 3、根據(jù)碳纖維功能分類、根據(jù)碳纖維功能分類 (1)(1)受力結(jié)構(gòu)用碳纖維受力結(jié)構(gòu)用碳纖維 (2)(2)耐焰碳纖維耐焰碳纖維 (3)(3)活性碳纖維活性碳纖維( (吸附活性吸附活性) ) (4) (4)導(dǎo)電用碳纖維導(dǎo)電用碳纖維 (5)(5)潤滑用碳纖維潤滑用碳纖維 (6)(6)耐磨用碳纖維耐磨用碳纖維二、碳纖維的制造二、碳纖維的制造 碳纖維是一種以碳為主要成分的纖維狀材碳纖維是一種以碳為主要成分的纖維狀材料。它不同于

5、有機纖維或無機纖維，不能用料。它不同于有機纖維或無機纖維，不能用熔融法或溶液法直接紡絲，只能以有機物為熔融法或溶液法直接紡絲，只能以有機物為原料，采用間接方法制造。制造方法可分為原料，采用間接方法制造。制造方法可分為兩種類型，即氣相法和有機纖維碳化法。兩種類型，即氣相法和有機纖維碳化法。 氣相法是在惰性氣氛中小分子有機物氣相法是在惰性氣氛中小分子有機物( (如如烴或芳烴等烴或芳烴等) )在高溫下沉積成纖維。用這種方在高溫下沉積成纖維。用這種方法只能制造晶須或短纖維，不能制造連續(xù)長法只能制造晶須或短纖維，不能制造連續(xù)長絲。絲。 有機纖維碳化法是先將有機纖維經(jīng)過穩(wěn)定有機纖維碳化法是先將有機纖維經(jīng)過

6、穩(wěn)定 化處理變成耐焰纖維，然后再在惰性氣氛中，化處理變成耐焰纖維，然后再在惰性氣氛中，于高溫下進行焙燒碳化，使有機纖維失去部于高溫下進行焙燒碳化，使有機纖維失去部分碳和其它非碳原子，形成以碳為主要成分分碳和其它非碳原子，形成以碳為主要成分的纖維狀物。此法可制造連續(xù)長纖維。的纖維狀物。此法可制造連續(xù)長纖維。 天然纖維，再生纖維和合成纖維都可用來制天然纖維，再生纖維和合成纖維都可用來制備碳纖維。選擇的條件是加熱時不熔融，可備碳纖維。選擇的條件是加熱時不熔融，可牽伸，且碳纖維產(chǎn)率高。牽伸，且碳纖維產(chǎn)率高。到目前為止，制作碳纖維的主要原料有三種：到目前為止，制作碳纖維的主要原料有三種： 人造絲人造絲(

7、粘膠纖維粘膠纖維)； 聚丙烯腈聚丙烯腈(PAN)纖維，它不同于腈綸毛線；纖維，它不同于腈綸毛線； 瀝青，瀝青， 它或是通過熔融拉絲成各向同性它或是通過熔融拉絲成各向同性 的纖維，或者是從液晶中間相拉絲而成的，這的纖維，或者是從液晶中間相拉絲而成的，這種纖維是具有高模量的各向異性纖維。制造種纖維是具有高模量的各向異性纖維。制造高強度高模量碳纖維多選聚丙烯腈為原料。高強度高模量碳纖維多選聚丙烯腈為原料。 無論用何種原絲纖維來制造碳纖維，都要無論用何種原絲纖維來制造碳纖維，都要經(jīng)過五個階段：經(jīng)過五個階段： (1)拉絲：拉絲：可用濕法、干法或者熔融狀態(tài)三可用濕法、干法或者熔融狀態(tài)三種任意一種方法進行。

8、種任意一種方法進行。 (2)牽伸：牽伸：在室溫以上，通常是在室溫以上，通常是100300范圍內(nèi)進行，范圍內(nèi)進行，W.Watt首先發(fā)現(xiàn)結(jié)晶定向纖維首先發(fā)現(xiàn)結(jié)晶定向纖維的拉伸效應(yīng)，而且這效應(yīng)控制著最終纖維的的拉伸效應(yīng)，而且這效應(yīng)控制著最終纖維的模量。模量。 (3)穩(wěn)定：穩(wěn)定：通過通過400加熱氧化的方法。這加熱氧化的方法。這顯著地降低所有的熱失重，并因此使保證高度顯著地降低所有的熱失重，并因此使保證高度石墨化和取得更好的性能。石墨化和取得更好的性能。 (4)碳化：碳化：在在10002000范圍內(nèi)進行。范圍內(nèi)進行。 (5)石墨化：石墨化：在在20003000范圍內(nèi)進行。范圍內(nèi)進行。三、碳纖維的性能三

9、、碳纖維的性能1、力學(xué)性能、力學(xué)性能 碳纖維的應(yīng)力碳纖維的應(yīng)力-應(yīng)變曲線為一直線，伸長小，應(yīng)變曲線為一直線，伸長小，斷裂過程在瞬間完成，不發(fā)生屈服。碳纖維斷裂過程在瞬間完成，不發(fā)生屈服。碳纖維軸向分子間的結(jié)合力比石墨大，所以它的抗軸向分子間的結(jié)合力比石墨大，所以它的抗張強度和模量都明顯高于石墨，而徑向分子張強度和模量都明顯高于石墨，而徑向分子間的作用力弱，抗壓性能較差，軸向抗壓強間的作用力弱，抗壓性能較差，軸向抗壓強度僅為抗張強度的度僅為抗張強度的10%30%，而且不能結(jié)，而且不能結(jié)節(jié)。節(jié)。 2、碳纖維的物理性能、碳纖維的物理性能 比重在比重在1.52.0之間，這除與原絲結(jié)構(gòu)有關(guān)之間，這除與原

10、絲結(jié)構(gòu)有關(guān)外，主要決定于碳化處理的溫度。一般經(jīng)過外，主要決定于碳化處理的溫度。一般經(jīng)過高溫高溫(3000)石墨化處理，比重可達石墨化處理，比重可達2.0。 熱膨脹系數(shù)與其它類型纖維不同，它有各熱膨脹系數(shù)與其它類型纖維不同，它有各向異性的特點。平行于纖維方向是負值向異性的特點。平行于纖維方向是負值(-0.72-0.9010-6-1-1)，而垂直于纖維方向是正值，而垂直于纖維方向是正值(322210-6-1-1)。 比熱一般為比熱一般為7.1210-1KJ()。導(dǎo)熱率有。導(dǎo)熱率有方向性，平行于纖維方向?qū)崧蕿榉较蛐?，平行于纖維方向?qū)崧蕿?.04卡卡/秒秒厘米厘米度，而垂直于纖維軸方向為度，而垂直

11、于纖維軸方向為0.002卡卡/秒秒厘米厘米度。導(dǎo)熱率隨溫度升高而下降。度。導(dǎo)熱率隨溫度升高而下降。 比電阻與纖維的類型有關(guān)，在比電阻與纖維的類型有關(guān)，在25時，高時，高模量纖維為模量纖維為775cm，高強度碳纖維為，高強度碳纖維為1500cm。碳纖維的電動勢為正值，而鋁。碳纖維的電動勢為正值，而鋁合金的電力勢為負值。因此當碳纖維復(fù)合材合金的電力勢為負值。因此當碳纖維復(fù)合材料與鋁合金組合應(yīng)用時會發(fā)生電化學(xué)腐蝕。料與鋁合金組合應(yīng)用時會發(fā)生電化學(xué)腐蝕。 3、碳纖維的化學(xué)性能、碳纖維的化學(xué)性能 碳纖維的化學(xué)性能與碳很相似。它除能碳纖維的化學(xué)性能與碳很相似。它除能被強氧化劑氧化外，對一般酸堿是惰性的。被

12、強氧化劑氧化外，對一般酸堿是惰性的。在空氣中溫度高于在空氣中溫度高于400時，剛出現(xiàn)明顯的氧時，剛出現(xiàn)明顯的氧化，生成化，生成CO和和CO2。在不接觸空氣或氧化氣。在不接觸空氣或氧化氣氛時，碳纖維具有突出的耐熱性，與其它類氛時，碳纖維具有突出的耐熱性，與其它類型材料比較，型材料比較， 碳纖維要在高于碳纖維要在高于1500強度才強度才 開始下降，而其它材料包括開始下降，而其它材料包括Al2O3晶須性能已晶須性能已大大下降。另外，碳纖維還有良好的耐低溫大大下降。另外，碳纖維還有良好的耐低溫性能，如在液氮溫度下也不脆化。它還有耐性能，如在液氮溫度下也不脆化。它還有耐油、抗放射、抗輻射、吸收有毒氣體和

13、減速油、抗放射、抗輻射、吸收有毒氣體和減速中子等特性。中子等特性。3.3 芳綸纖維芳綸纖維(有機纖維有機纖維) 芳綸纖維是指聚芳酰胺纖維。國外商品牌芳綸纖維是指聚芳酰胺纖維。國外商品牌號叫凱芙拉號叫凱芙拉(Kevlar)纖維，我國暫命名為芳綸纖維，我國暫命名為芳綸纖維，有時也稱有機纖維。纖維，有時也稱有機纖維。 芳綸纖維有三種牌號：芳綸、芳綸芳綸纖維有三種牌號：芳綸、芳綸-29、芳、芳綸綸-49它們的用途各不相同，芳綸主要用于橡它們的用途各不相同，芳綸主要用于橡膠增強，制造輪胎、三角皮帶、同步帶等。膠增強，制造輪胎、三角皮帶、同步帶等。芳綸芳綸-29主要用于繩索、電纜、涂漆織物、帶和主要用于繩

14、索、電纜、涂漆織物、帶和帶狀物，以及防彈背心等。芳綸帶狀物，以及防彈背心等。芳綸-49用于航空、用于航空、宇航、造船工業(yè)的復(fù)合材料制件。宇航、造船工業(yè)的復(fù)合材料制件。一、芳綸纖維的性能特點一、芳綸纖維的性能特點1、力學(xué)性能、力學(xué)性能 芳綸纖維的特點是拉伸強度高。單絲強度芳綸纖維的特點是拉伸強度高。單絲強度可達可達3773MPa；254mm長的纖維束的拉伸強長的纖維束的拉伸強度為度為2744Mpa，大約為鋁的，大約為鋁的5倍。芳綸纖維的倍。芳綸纖維的沖擊性能好，大約為石墨纖維的沖擊性能好，大約為石墨纖維的6倍，為硼纖倍，為硼纖維的維的3倍，為玻璃纖維的倍，為玻璃纖維的0.8倍。倍。 芳綸纖維的彈

15、性模量高，可達芳綸纖維的彈性模量高，可達1.271.577105 MPa， 比玻璃纖維高一倍，比玻璃纖維高一倍， 為碳為碳 纖維的纖維的0.8倍。芳綸纖維的斷裂伸長在倍。芳綸纖維的斷裂伸長在3%左右，左右，接近玻璃纖維，高于其它纖維。用它與碳纖接近玻璃纖維，高于其它纖維。用它與碳纖維混雜將能大大提高纖維復(fù)合材料的沖擊性維混雜將能大大提高纖維復(fù)合材料的沖擊性能。能。 芳綸纖維的密度小，比重芳綸纖維的密度小，比重1.441.45，只有，只有鋁的一半，因此它有高的比強度與比模量。鋁的一半，因此它有高的比強度與比模量。 2、芳綸纖維的熱穩(wěn)定性、芳綸纖維的熱穩(wěn)定性 有良好的熱穩(wěn)定性，耐火而不熔，當溫度達

16、有良好的熱穩(wěn)定性，耐火而不熔，當溫度達487時尚不熔化，但開始碳化。所以高溫作時尚不熔化，但開始碳化。所以高溫作用下，它直至分解不發(fā)生變形，能長期在用下，它直至分解不發(fā)生變形，能長期在180下使用，在下使用，在150下作用一周后強度、下作用一周后強度、模量不會下降，即使在模量不會下降，即使在200下，一周后強度下，一周后強度 降低降低15，模量降低，模量降低4，另外在低溫，另外在低溫(-60)不發(fā)生脆化亦不降解。不發(fā)生脆化亦不降解。 熱膨脹系數(shù)具有各向異性的特點?？v向熱熱膨脹系數(shù)具有各向異性的特點?？v向熱膨脹系數(shù)在膨脹系數(shù)在0100時為時為-2106/； 在在100200時為時為-4106/。

17、橫向熱膨脹系數(shù)為。橫向熱膨脹系數(shù)為59106/。 3、芳綸纖維的化學(xué)性能、芳綸纖維的化學(xué)性能 有良好的耐介質(zhì)性能，對中性化學(xué)藥品的有良好的耐介質(zhì)性能，對中性化學(xué)藥品的抵抗力一般是很強的，但易受各種酸堿的侵抵抗力一般是很強的，但易受各種酸堿的侵蝕，尤其是強酸的侵蝕；耐水性也不好，這蝕，尤其是強酸的侵蝕；耐水性也不好，這是由于在分子結(jié)構(gòu)中存在著極性酰氨基；濕是由于在分子結(jié)構(gòu)中存在著極性酰氨基；濕度對纖維的影響，度對纖維的影響， 類似于尼龍或聚酯。類似于尼龍或聚酯。 在低在低 濕度（濕度（20相對濕度）下吸濕率為相對濕度）下吸濕率為1%，但在高，但在高濕度（濕度（85相對濕度）下，可達相對濕度）下，

18、可達7%。 二、芳綸纖維的結(jié)構(gòu)二、芳綸纖維的結(jié)構(gòu) 芳綸纖維是對苯二甲酰對苯二胺的聚合體，芳綸纖維是對苯二甲酰對苯二胺的聚合體，經(jīng)溶解轉(zhuǎn)為液晶紡絲而成。其化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下經(jīng)溶解轉(zhuǎn)為液晶紡絲而成。其化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下: 從其化學(xué)結(jié)構(gòu)可知，纖維材料基本結(jié)構(gòu)為從其化學(xué)結(jié)構(gòu)可知，纖維材料基本結(jié)構(gòu)為長鏈狀聚酰胺，即結(jié)構(gòu)中含有酰氨鍵，其中長鏈狀聚酰胺，即結(jié)構(gòu)中含有酰氨鍵，其中至少至少85的酰胺直接鍵合在芳香環(huán)上，這種的酰胺直接鍵合在芳香環(huán)上，這種剛硬的直線狀分子鍵在纖維軸向是高度定向剛硬的直線狀分子鍵在纖維軸向是高度定向的，各聚合物鏈是由氫鍵作橫向連結(jié)。這種的，各聚合物鏈是由氫鍵作橫向連結(jié)。這種在沿纖維方向的強共

19、價鍵和橫向弱的氫鍵，在沿纖維方向的強共價鍵和橫向弱的氫鍵，將是造成芳綸纖維力學(xué)性能各向異性的原因，將是造成芳綸纖維力學(xué)性能各向異性的原因，即纖維的縱向強度高，而橫向強度低。即纖維的縱向強度高，而橫向強度低。 芳綸纖維的化學(xué)鏈主要由芳環(huán)組成。這種芳綸纖維的化學(xué)鏈主要由芳環(huán)組成。這種芳環(huán)結(jié)構(gòu)具有高的剛性，并使聚合物鏈呈伸芳環(huán)結(jié)構(gòu)具有高的剛性，并使聚合物鏈呈伸展狀態(tài)而不是折疊狀態(tài)，形成棒狀結(jié)構(gòu)，因展狀態(tài)而不是折疊狀態(tài)，形成棒狀結(jié)構(gòu)，因而纖維具有高的模量。而纖維具有高的模量。 芳綸纖維分子鏈是線芳綸纖維分子鏈是線 性結(jié)構(gòu)，這又使纖維能有效地利用空間而具有性結(jié)構(gòu)，這又使纖維能有效地利用空間而具有高的填充

20、效率的能力，在單位體積內(nèi)可容納高的填充效率的能力，在單位體積內(nèi)可容納很多聚合物。這種高密度的聚合物具有較高很多聚合物。這種高密度的聚合物具有較高的強度。的強度。 三、用途三、用途 目前，芳綸纖維總產(chǎn)量的目前，芳綸纖維總產(chǎn)量的43用于輪胎的用于輪胎的簾子線（芳綸簾子線（芳綸-29），），31用于復(fù)合材料，用于復(fù)合材料，17.5用于繩索類和防彈衣，用于繩索類和防彈衣，8.5用于其它。用于其它。芳綸纖維作為增強材料，樹脂作為基體的增強芳綸纖維作為增強材料，樹脂作為基體的增強塑料（復(fù)合材料），在航空航天方面的應(yīng)用，塑料（復(fù)合材料），在航空航天方面的應(yīng)用，僅次于碳纖維，成為必不可少的材料。僅次于碳纖維，

21、成為必不可少的材料。 1、航空方面：、航空方面：各種整流罩、窗框、天花板、各種整流罩、窗框、天花板、地板、艙壁、方向舵、行李架等。地板、艙壁、方向舵、行李架等。 2、航天方面：、航天方面：火箭發(fā)動機殼體、壓力容器、火箭發(fā)動機殼體、壓力容器、宇宙飛船的駕駛艙以及通風(fēng)管道等。宇宙飛船的駕駛艙以及通風(fēng)管道等。 3、其它軍事應(yīng)用：、其它軍事應(yīng)用：飛機、坦克、裝甲車、艇飛機、坦克、裝甲車、艇的防彈構(gòu)件、頭盔和防彈衣等。的防彈構(gòu)件、頭盔和防彈衣等。 4、民用：、民用：造船業(yè)、汽車、體育器具。如：曲造船業(yè)、汽車、體育器具。如：曲棍球棒、高爾夫球棒、網(wǎng)球拍、標槍、釣魚棍球棒、高爾夫球棒、網(wǎng)球拍、標槍、釣魚桿等

22、。桿等。 3.4 其它纖維其它纖維 一、碳化硅纖維一、碳化硅纖維 碳化硅纖維是以碳和硅為主要組分的一種碳化硅纖維是以碳和硅為主要組分的一種 陶瓷纖維，這種纖維具有良好的高溫性能、高陶瓷纖維，這種纖維具有良好的高溫性能、高強度、高模量和化學(xué)穩(wěn)定性。主要用于增強強度、高模量和化學(xué)穩(wěn)定性。主要用于增強金屬和陶瓷，制成耐高溫的金屬或陶瓷基復(fù)金屬和陶瓷，制成耐高溫的金屬或陶瓷基復(fù)合材料。碳化硅纖維的制造方法主要有兩合材料。碳化硅纖維的制造方法主要有兩種種化學(xué)氣相沉積法和燒結(jié)法化學(xué)氣相沉積法和燒結(jié)法(有機聚合物轉(zhuǎn)有機聚合物轉(zhuǎn)化法化法)?；瘜W(xué)氣相法生產(chǎn)的碳化硅纖維是直徑?；瘜W(xué)氣相法生產(chǎn)的碳化硅纖維是直徑為為

23、95140m的單絲，而燒結(jié)法生產(chǎn)的碳化的單絲，而燒結(jié)法生產(chǎn)的碳化硅纖維是直徑為硅纖維是直徑為10m的細纖維，一般由的細纖維，一般由500根纖維組成的絲束為商品。根纖維組成的絲束為商品。 1、碳化硅纖維的性能：、碳化硅纖維的性能： (1)力學(xué)性能：力學(xué)性能： 強度與韌性接近于硼纖維強度與韌性接近于硼纖維 (2)熱性能熱性能 具有優(yōu)良的耐熱性能，在具有優(yōu)良的耐熱性能，在1000以下，力以下，力學(xué)性能基本不變，可長期使用，當溫度超過學(xué)性能基本不變，可長期使用，當溫度超過1300時，其性能才開始下降，是耐高溫的時，其性能才開始下降，是耐高溫的好材料。好材料。 (3)耐化學(xué)性能耐化學(xué)性能 具良好的耐化學(xué)

24、性能，在具良好的耐化學(xué)性能，在80下耐強酸下耐強酸（HCl、H2SO4、HNO3），用），用30% NaOH浸浸蝕蝕20h后，僅失重后，僅失重1%以下，力學(xué)性能不變，以下，力學(xué)性能不變，它與金屬在它與金屬在1000以下也不發(fā)生反應(yīng)，而且以下也不發(fā)生反應(yīng)，而且有很好的浸潤性，有益于金屬復(fù)合。有很好的浸潤性，有益于金屬復(fù)合。 (4)耐輻照和吸波性能耐輻照和吸波性能 碳化硅纖維在通量為碳化硅纖維在通量為3.21010中子秒的中子秒的快中子輻照快中子輻照1.5小時，碳化硅纖維強度無明顯小時，碳化硅纖維強度無明顯降低。降低。 2、碳化硅纖維的應(yīng)用、碳化硅纖維的應(yīng)用 由于碳化硅纖維具有耐高溫、耐腐蝕、耐輻

25、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。用射的三耐性能，是一種耐熱的理想材料。用碳化硅纖維編織成雙向和三向織物，已用于碳化硅纖維編織成雙向和三向織物，已用于高溫傳送帶、過濾材料，如汽車的廢氣過濾高溫傳送帶、過濾材料，如汽車的廢氣過濾器等。碳化硅復(fù)合材料已用于噴氣發(fā)動機渦器等。碳化硅復(fù)合材料已用于噴氣發(fā)動機渦輪葉片，飛機螺旋槳等受力部件透平主動軸輪葉片，飛機螺旋槳等受力部件透平主動軸等。等。 在軍事上，作為大口徑軍用步槍金屬基復(fù)在軍事上，作為大口徑軍用步槍金屬基復(fù) 合槍筒套管，合槍筒套管，M-1作戰(zhàn)坦克履帶、火箭推進劑作戰(zhàn)坦克履帶、火箭推進劑傳送系統(tǒng)，先進戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)

26、斗機的垂直安定面，傳送系統(tǒng)，先進戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機的垂直安定面，導(dǎo)彈尾部，火箭發(fā)動機外殼，魚雷殼體等。導(dǎo)彈尾部，火箭發(fā)動機外殼，魚雷殼體等。 二、硼纖維二、硼纖維 硼纖維是一種將硼元素通過高溫化學(xué)氣相硼纖維是一種將硼元素通過高溫化學(xué)氣相法沉積在鎢絲表面制成的高性能增強纖維，法沉積在鎢絲表面制成的高性能增強纖維，具有很高的比強度和比模量，也是制造金屬具有很高的比強度和比模量，也是制造金屬復(fù)合材料最早采用的高性能纖維。用硼鋁復(fù)復(fù)合材料最早采用的高性能纖維。用硼鋁復(fù)合材料制成的航天飛機主艙框架強度高、剛合材料制成的航天飛機主艙框架強度高、剛性好，代替鋁合金骨架減輕重量性好，代替鋁合金骨架減輕重量44，取得，

27、取得了十分顯著的效果，也有力地促進了硼纖維了十分顯著的效果，也有力地促進了硼纖維金屬基復(fù)合材料的發(fā)展。金屬基復(fù)合材料的發(fā)展。 硼纖維具有良好的力學(xué)性能，強度高、模硼纖維具有良好的力學(xué)性能，強度高、模量高、密度小、彎曲強度比拉伸強度高，其量高、密度小、彎曲強度比拉伸強度高，其平均拉伸強度為平均拉伸強度為310Mpa，拉伸模量為，拉伸模量為420Gpa。硼纖維在空氣中的拉伸強度隨溫度。硼纖維在空氣中的拉伸強度隨溫度升高而降低，在升高而降低，在200左右硼纖維性能基本不左右硼纖維性能基本不變，而在變，而在315、1 000小時硼纖維強度將損小時硼纖維強度將損失失70，而加熱到，而加熱到650時硼纖維

28、強度將完全時硼纖維強度將完全喪失。喪失。 在室溫下，硼纖維的化學(xué)穩(wěn)定性好，但表在室溫下，硼纖維的化學(xué)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(fù)面具有活性，不需要處理就能與樹脂進行復(fù)合，而且所制得的復(fù)合材料具有較高的層間合，而且所制得的復(fù)合材料具有較高的層間剪切強度。剪切強度。 對于含氮化合物，對于含氮化合物， 親和力大于含親和力大于含 氧化合物。在高溫下，易與大多數(shù)金屬發(fā)生反氧化合物。在高溫下，易與大多數(shù)金屬發(fā)生反應(yīng)。應(yīng)。 由于涂層材料不同，硼纖維的密度在由于涂層材料不同，硼纖維的密度在2.52.65gcm3范圍內(nèi)變化，熱膨脹系數(shù)為范圍內(nèi)變化，熱膨脹系數(shù)為4.685.04106/。

29、三、晶須三、晶須 晶須是目前已知纖維中強度最高的一種，晶須是目前已知纖維中強度最高的一種，其機械強度幾乎等于相鄰原子間的作用力。其機械強度幾乎等于相鄰原子間的作用力。晶須高強的原因，主要由于它的直徑非常小，晶須高強的原因，主要由于它的直徑非常小，容納不下能使晶體削弱的空隙、位錯和不完容納不下能使晶體削弱的空隙、位錯和不完整等缺陷。晶須材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，使它整等缺陷。晶須材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，使它的強度不受表面完整性的嚴格限制。的強度不受表面完整性的嚴格限制。 晶須分晶須分 為陶瓷晶須和金屬晶須兩類，用作增強材料的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主要

30、是陶瓷晶須。陶瓷晶須的直徑只有幾個微米，斷面呈多角狀，長度一般為幾厘米。微米，斷面呈多角狀，長度一般為幾厘米。晶須兼有玻璃纖維和硼纖維的優(yōu)良性能。它晶須兼有玻璃纖維和硼纖維的優(yōu)良性能。它具有玻璃纖維的延伸率具有玻璃纖維的延伸率(34)和硼纖維和硼纖維的彈性模量的彈性模量(4.27.0106Mpa)，氧化鋁晶，氧化鋁晶須在須在2070高溫下，仍能保持高溫下，仍能保持7000MPa的拉的拉伸強度。伸強度。 晶須沒有顯著的疲勞效應(yīng)，切斷、磨粉或晶須沒有顯著的疲勞效應(yīng)，切斷、磨粉或其它的施工操作，都不會降低其強度。其它的施工操作，都不會降低其強度。 晶須在復(fù)合材料中的增強效果與其品種、晶須在復(fù)合材料中

31、的增強效果與其品種、用量關(guān)系極大，根據(jù)實踐經(jīng)驗：用量關(guān)系極大，根據(jù)實踐經(jīng)驗： 1. 作為硼纖維、碳纖維及玻璃纖維的補充增作為硼纖維、碳纖維及玻璃纖維的補充增強材料，加入強材料，加入15晶須，強度有明顯的晶須，強度有明顯的提高。提高。 2. 加入加入550晶須對模壓復(fù)合材料和澆注晶須對模壓復(fù)合材料和澆注復(fù)合材料的強度能成倍增加。復(fù)合材料的強度能成倍增加。 3. 在層壓板復(fù)合材料中，加入在層壓板復(fù)合材料中，加入5070的晶的晶須，能使其強度增長許多倍。須，能使其強度增長許多倍。 4. 在定向復(fù)合材料中，加入在定向復(fù)合材料中，加入7090的晶須，的晶須，往往可以使其強度提高一個數(shù)量級，定向復(fù)往往可以

32、使其強度提高一個數(shù)量級，定向復(fù)合材料所用的晶須制品為浸漬紗和定向帶。合材料所用的晶須制品為浸漬紗和定向帶。 5. 對于高強度、低密度的晶須構(gòu)架，膠結(jié)劑對于高強度、低密度的晶須構(gòu)架，膠結(jié)劑 只須相互接觸就可把晶須粘結(jié)起來，因此晶須只須相互接觸就可把晶須粘結(jié)起來，因此晶須含量可高達含量可高達9095。 晶須復(fù)合材料由于價格昂貴，目前主要用晶須復(fù)合材料由于價格昂貴，目前主要用在空間和尖端技術(shù)上，在民用方面主要用于在空間和尖端技術(shù)上，在民用方面主要用于合成牙齒、骨骼及直升飛機的旋翼和高強離合成牙齒、骨骼及直升飛機的旋翼和高強離心機等。心機等。 四、氧化鋁纖維四、氧化鋁纖維 以以Al2O3為主要纖維組分的陶瓷纖維統(tǒng)稱為主要纖維組