硼纖維的特點(diǎn)和制備方法

1、特點(diǎn)和制備方法,硼纖維 boron fibre,王朔,來(lái)自無(wú)機(jī)非1003班,什么是硼纖維(boron fiber)?,實(shí)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200m，密度2.302.65g/cm3，強(qiáng)度3.25.2GPa，模量350400GPa。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(shí)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(diǎn)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

2、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(guò)500時(shí)，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(diǎn)，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(diǎn)就是價(jià)格相對(duì)與其他增強(qiáng)體復(fù)合材料偏高，實(shí)際生產(chǎn)生活中大規(guī)模推廣應(yīng)用有一定難度。,硼纖維的制備方法有哪些呢?,化學(xué)氣相沉積法(鹵化法),有機(jī)金屬法,按B原料來(lái)源分類,化學(xué)氣相沉積法(鹵化法),制備鎢芯-BF,什么是化學(xué)氣相沉積法?,預(yù)處理:用作芯材的鎢絲先在NaOH中用電化學(xué)方法進(jìn)行表面清洗及減小直徑處理，控制直徑約為13m，然后進(jìn)入清洗室清除表

3、面的氧化物。,W絲(約為13m),清洗室 H2 1200,沉積室 2BCl3+3H22B+6HCl 1350,涂覆室 保護(hù)層 B4C3 厚24m ,鎢芯-BF 直徑約100m,制備碳芯-BF,t碳纖維絲(約為33m),裂解石墨室(H2 +CH4 ),沉積室2BCl3+3H22B+6HCl 1350,涂覆室保護(hù)層 B4C3 厚24m ,碳芯-BF,碳芯比鎢芯強(qiáng)度降低了5%,但是成本降低了25%.,制備設(shè)備,有機(jī)金屬法制備硼纖維工藝,硼的有機(jī)金屬化合物 (三乙基硼/硼烷系化合物等),高溫分解 (600 底絲 Al等),Al芯-BF,BF硼纖維的性能比較,復(fù)合材料性能與組分性能、組分分布以及組分間的

4、物理、化學(xué)作用有密切關(guān)系。用纖維增強(qiáng)塑料、混凝土、陶瓷基體等，能使整體復(fù)合材料的強(qiáng)度、韌性增大，其抗疲勞、抗沖擊性能也能得到很大的改善，其主要原因就是因?yàn)楫?dāng)纖維定向或不定向的分散在復(fù)合材料中時(shí)，基體與纖維是緊密結(jié)合的，纖維將限制基體的變形，于是在基體和纖維界面部分產(chǎn)生了剪應(yīng)力，并通過(guò)剪應(yīng)力將復(fù)合材料承受的載荷合理地分配在纖維和基體兩種組分上。纖維會(huì)受到比基體更大的拉應(yīng)力，這就是纖維起到增強(qiáng)的原因。纖維能阻滯基體微裂紋的擴(kuò)展也是其增強(qiáng)的一個(gè)重要原因。,硼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料機(jī)理,硼纖維的增強(qiáng)復(fù)合材料,a、硼纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,硼纖維可用于增強(qiáng)鋁、鎂、鐵等金屬材料和樹脂，但主要用于增強(qiáng)金屬材料它是現(xiàn)

5、在唯一實(shí)用的金屬增強(qiáng)用纖維。鋁和硼纖維增強(qiáng)體復(fù)合，可以把鋁及鋁合金良好的韌性、延展性和容易成形的優(yōu)點(diǎn)與硼纖維的高強(qiáng)度、耐燒蝕和重量輕等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，既克服了增強(qiáng)體脆性的弱點(diǎn)，又彌補(bǔ)了基體金屬硬度不足和較重的缺點(diǎn)。,硼纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料作為當(dāng)前纖維強(qiáng)化金屬的一個(gè)較典型的代表，具有高的比強(qiáng)度和比模量以及高強(qiáng)度和剛性、輕重量、高導(dǎo)熱性和低熱膨脹性等突出優(yōu)點(diǎn)，與金屬或樹脂構(gòu)成的復(fù)合材料與傳統(tǒng)工程材料相比可減重20% 40%。具有優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度和耐蝕性能，能在300或更高的溫度下安全工作，主要用于制造對(duì)重量和剛度要求高的航空、航天飛行器部件。它的出現(xiàn)為體積小、重量輕、高空性能好的飛機(jī)，提供了一種理想

6、的材料。,b、硼纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,銷售的的硼纖維大多數(shù)為連續(xù)的硼/環(huán)氧預(yù)浸帶，典型寬度為6.4152mm。硼纖維并非定向排列，約占復(fù)合材料體積的50%。典型的加料方式為每厘米寬度上82根絲以上，樹脂含量占3035wt%。制造時(shí)在預(yù)浸帶背面貼一單層厚度為0.03mm的Style104玻璃紗布。貼玻璃紗布的優(yōu)點(diǎn)有兩點(diǎn)：在處理和鋪層時(shí)玻璃紗布給預(yù)浸帶增加了橫向整體性，同時(shí)在連接時(shí)有助于硼纖維保持間距和對(duì)準(zhǔn)。 硼纖維/環(huán)氧復(fù)合材料除了具有高的比強(qiáng)度和比模量之外，相對(duì)于炭纖維/環(huán)氧復(fù)合材料來(lái)講，還具有較大的熱膨脹系數(shù)以及不易與鋁合金發(fā)生電化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)。,硼纖維復(fù)合材料的應(yīng)用,a、航空航天領(lǐng)域的

7、應(yīng)用,由于硼纖維具有獨(dú)特的機(jī)械性能組合，硼纖維增強(qiáng)金屬鋁復(fù)合材料的韌性是鋁合金的3倍，而質(zhì)量?jī)H為鋁合金的2/3。所以硼纖維被大量用于軍事航空和民用航空方面。其實(shí)硼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料最初就是用在高性能飛機(jī)及宇宙飛船的構(gòu)件上。比如，美國(guó)的F-15和F-14飛機(jī)的垂直尾翼、穩(wěn)定器，轟炸機(jī)B-1的機(jī)翅縱向通材，直升機(jī)CH-54B、飛機(jī)F-4的方向舵，飛機(jī)707的機(jī)襟翼，飛機(jī)F-5的陸裝置門，飛機(jī)T-39的機(jī)翼箱等都使用硼纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以及法國(guó)制造的幻影2000飛機(jī)，也采用了一些硼纖維復(fù)合材料。,b、體育用品領(lǐng)域的應(yīng)用,在體育用品方面使用的大多數(shù)情況都是將硼纖維與碳纖維制成混雜纖維復(fù)合材料，由硼

8、纖維與碳纖維混雜纖維制成的高爾夫球棒，兼有碳纖維球棒輕便和鋼質(zhì)球棒那樣的打球感，這樣就使高爾夫球的飛行距離及飛行方向變的更加容易控制；用硼纖維復(fù)合材料制成的網(wǎng)球拍及羽毛球拍，能使擊球的感覺(jué)和效果更好；在釣魚竿上硼纖維的使用，使魚竿在魚上鉤的時(shí)候振動(dòng)傳遞性更強(qiáng)，還增加了韌性，難折斷；在滑雪板方面，硼纖維因衰減性優(yōu)異，減少板的“撓度”，能適應(yīng)雪面的微妙變化19,35，滑行過(guò)程中更加舒適和安全。,c、工業(yè)制品領(lǐng)域的應(yīng)用,由于硼纖維強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，物性好，可面向工業(yè)制品方面進(jìn)行開發(fā)。硼纖維增強(qiáng)金屬鋁具有高導(dǎo)熱系數(shù)和低熱膨脹系數(shù)，可用于制造半導(dǎo)體冷卻基板；利用硼纖維硬度高的特性（硬度3200Knoop）制切割輪工具等；硼纖維對(duì)中子具有吸收能力可用作核廢料的運(yùn)輸、貯存容器等；利用硼纖維的高壓縮強(qiáng)度，在瀝青系碳纖維的強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)方面也極其有效。 除了上述應(yīng)用之外，硼