《高分子復(fù)合材料》課件-3.37硼纖維的定義

1.硼纖維的定義什么是硼纖維(boronfiber)?實為鎢絲或碳纖維為芯、表層為硼的皮芯型復(fù)合纖維。直徑有100、140及200μm，密度2.30～2.65g/cm3，強(qiáng)度3.2～5.2GPa，模量350～400GPa。是良好的增強(qiáng)材料，可與金屬、塑料或陶瓷復(fù)合，制成高溫結(jié)構(gòu)用復(fù)合材料。硼纖維活性大，在制作復(fù)合材料時易與基體相互作用，影響材料的使用，故通常在其上涂敷碳化硼、碳化硅等涂料，以提高其惰性。它有什么優(yōu)缺點呢?硼纖維是高性能復(fù)合材料重要的纖維增強(qiáng)體之一，屬脆性材料，抗拉強(qiáng)度約3500兆帕，彈性模量400吉帕，密度只有鋼材的1／4，抗壓縮性能好。在惰性氣體中，高溫性能良好。在空氣中超過500℃時，強(qiáng)度顯著降低。硼纖維具有其他陶瓷纖維難以比擬的高強(qiáng)度、高模量和低密度等特點，是制備高性能復(fù)合材料用的重要增強(qiáng)纖維材料。由于其高的比強(qiáng)度和比模量，在航空、航天和軍工領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。其缺點就是價格相對與其他增強(qiáng)體復(fù)合材料偏高，實際生產(chǎn)生活中大規(guī)模推廣應(yīng)用有一定難度。硼纖維硼纖維是應(yīng)航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧先找鎳?yán)苛的要求而發(fā)展起來的。最早應(yīng)用于高級復(fù)合材料的增強(qiáng)體，比玻璃纖維的彈性模量約高5~7倍，且拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度也高，不僅可以以纖維形式使用，且可以作為環(huán)氧樹脂、鋁和鈦的增強(qiáng)體。2.硼纖維的結(jié)構(gòu)和形態(tài)硼纖維的結(jié)構(gòu)與性能

硼纖維是復(fù)合纖維：中心是鎢絲，直徑12~25μm；鎢絲外硼纖維的中心是鎢絲，直徑12~25毫米；鎢絲外是硼—鎢區(qū)，元素硼向鎢表面擴(kuò)散，反應(yīng)形成鎢和硼的多種化合物；它的表面是無定形碳，細(xì)分分為兩類。一類是鎢芯硼纖維的表面具有玉米棒子似的結(jié)構(gòu)，表面相當(dāng)粗糙，呈瘤狀形態(tài)，故與樹脂具有較好的結(jié)合強(qiáng)度。是B-W區(qū)，元素B向W表面擴(kuò)散，反應(yīng)形成WB、W2B5、WB4等；外表是無定形碳。鎢芯硼纖維表面具有玉米棒子似的結(jié)構(gòu)，表面相當(dāng)粗糙，呈瘤狀形態(tài)，故與樹脂具有較好的結(jié)合強(qiáng)度。涂B3C4后，可是表面光滑性增加。硼纖維的結(jié)構(gòu)與性能碳另外一類是碳芯硼纖維的表面，由于碳芯經(jīng)裂解氣體處理，顯得光滑，沉積硼后仍然保持光滑表面，從而使它與樹脂的結(jié)合力較低，使復(fù)合材料的橫向強(qiáng)度下降。芯硼纖維，由于碳芯經(jīng)裂解氣體處理，表面比較光滑，沉積硼后仍然保持光滑表面，從而使它與樹脂的結(jié)合力較低，使復(fù)合材料的橫向強(qiáng)度下降。硼纖維的結(jié)構(gòu)與性能在200℃左右硼纖維性能基本不變；而在330℃、1000小時硼其次，我們還需要了解硼纖維的形態(tài)。硼纖維在200℃左右性能基本不變；而在330℃、1000小時硼纖維強(qiáng)度將損失70％；而加熱到650℃時硼纖維強(qiáng)度將完全喪失。因此，它可作為樹脂基復(fù)合材料增強(qiáng)體，而不宜作為金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體，常溫下，硼纖維惰性高；高于650℃時，硼纖維會與金屬反應(yīng)。纖維強(qiáng)度將損失70％；而加熱到650℃時硼纖維強(qiáng)度將完全喪失。它可作為樹脂基復(fù)合材料增強(qiáng)體，不宜作為金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體，常溫下，硼纖維惰性高；高于650℃時，硼纖維會與金屬反應(yīng)。硼纖維的結(jié)構(gòu)與性能硼纖維性能的主要特點是彈性模量高，直徑大，其復(fù)合材料縱向壓縮強(qiáng)度高于任何纖維復(fù)合材料。但由于成本高，密度大，以及纖維直徑大、質(zhì)硬、不能編織，導(dǎo)致成型性較差，故目前已被碳纖維取代，很少用它制備樹脂基復(fù)合材料，主要用于金屬基復(fù)合材料如硼/鋁及硼/鈦復(fù)合材料。纖維性能的主要特點是彈性模量高，直徑大，其復(fù)合材料縱向壓縮強(qiáng)度高于任何纖維復(fù)合材料。但由于成本高，密度大，以及纖維直徑大、質(zhì)硬、不能編織，導(dǎo)致成型性較差，故目前已被碳纖維取代，很少用它制備樹脂基復(fù)合材料，主要用于金屬基復(fù)合材料如硼/鋁及硼/鈦復(fù)合材料。3.硼纖維的性能硼纖維的性能具有良好的力學(xué)性能、強(qiáng)度高、模量高、密度小。硼纖維具有耐高溫和耐中子輻射性能。硼纖維的缺點工藝復(fù)雜，不易大量生產(chǎn)，其價格昂貴。由于鎢絲的密度大，硼纖維的密度也大。硼纖維的密度為2.4~2.65g/cm3，拉伸強(qiáng)度為3.2~5.2GPa，彈性模量為350~400GPa。硼纖維的彎曲強(qiáng)度比拉伸強(qiáng)度高，其平均拉伸強(qiáng)度為310MPa，拉伸模量為420GPa。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(jìn)行復(fù)合，而且所制得的復(fù)合材料具