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增强体 1 分类 陶瓷类 氧化物 Al2O3 Al2O3 SiO3 3 K2TiO3 非氧化物 SiC Si3N4 TiB2高聚物类 聚芳酰胺纤维 聚乙烯纤维金属类 金属丝 如 W Mo碳纤维类玻璃纤维 按来源 天然和人造按形态 颗粒 纤维 长短之分 粗细之分 晶须按物质结合键和物化性能 2 综合评价 对金属和陶瓷 碳 石墨纤维 各种陶瓷纤维 晶须对有机材料 SiO2 石墨 高聚物纤维对水泥碳 石墨纤维 3 定义 纤维 长度大于100 m且长径比大于10的丝状材料 它们可能是非晶态 多晶态或单晶 晶须 直径小于1 m 长径比为10的细长单晶粒子 4 纤维多为脆性材料 它的强度不是一个单值而是一个统计变量 而纤维束的强度小于单根纤维的平均强度 单根纤维强度分布图 5 玻璃纤维 主要成分 二氧化硅四面体 SiO2 制作方法 玻璃球 熔池 铂坩锅 6 商用玻璃纤维的性能 直径 12 m比重 2 48 2 89热膨胀系数 2 9 7 5 拉伸强度 3 6 4 8GPa杨氏模量 70 110GPa 7 硼纤维 制作方法 气相沉积技术 10 12 m钨 H2 BCl3 H2 HCl H2 BCl3 气 加热 2B 固 HCl 气 沉积在钨丝上 通电加热 8 硼纤维显微结构 表面为玉米棒的外形特征 粗糙的表面相当于表面缺陷 降低了纤维强度 强度 小玉米节 3 3 3 7GPa大玉米节 2 8GPa棒状 1GPa 9 硼纤维性能特点 性能 密度 2 6Gpa 3 1 4 1模量 420GPa 特点 1 强度分散2 内层反应 但基本无害3 昂贵4 外层与金属反应严重 实验证明 硼纤维的临界反应厚度为0 2 0 5 m改进 1 用碳丝代替钨丝 轻 细 2 在硼纤维上加一层B4C BN或SiC作为反应阻挡层 具有SiC涂层的商品 Borsic 10 碳化硅纤维 化学气相沉积 高分子先驱体法 化学气相沉积制作方法 在W或C丝上沉积SiC 目前用C代替W丝 特点直径偏大 140 m目前新产品 70 m 11 化学气相沉积碳化硅纤维表面特点 1 m SiC SCS 2 3 m 1 m 6 m SCS 6 SCS 8 1 m富碳层用于铝基 3 m富碳层 其中最外层和中间地带硅含量出现极大点 较的涂层 用于Ti 有6 m非常细的晶粒SiC提高机械性能 用于Al 12 聚碳硅烷合成 聚碳硅烷纺丝 烧结成碳化硅纤维 碳化硅高分子先驱体法 13 Al2O3纤维 种类 单晶 Al2O3多晶长纤维多晶短纤维 14 单晶性能指标 225 m 140 150 m 产量 150mm 分钟比重 4 0 几乎没有缺陷杨氏模量 275GPa 目前470GPa 拉伸强度 2 1GPaShahinian公司有现货 钼坩锅 15 多晶 Al2O3纤维制法 1 杜邦公司的FP Al2O398 Al2O3 2 5 SiO2 氢氧化铝 水 氧化铝粉 胶体悬浮液 纺丝 成纤 失水处理 煅烧 Al2O3 20 5 m Al2O3微粒 5 m 其中98 3 m 50 0 2 m 悬浮液固态沉淀物的重量百分数为80 在11 13MPa压力下 经直径为0 1mm的挤压嘴挤成细丝 细丝经辊子系统二次拉长 100 300 去除水份 纤维此时出现收缩 SiO2涂层 1300 1500 得到 Al2O3表面SiO2形成莫来石 以及SiO2玻璃态 填充Al2O3的缺陷 同时阻止晶粒长大 16 2 日本住友公司生产的 Al2O3纤维 85 Al2O3 15 SiO2 水 硷式氯化铝 Al2 OH nCl6 n 聚合 胶体 成纤 脱水 煅烧 最终晶相形成 900 形成稳定的多晶结构 Al2 OH nCl6 n 500 600 Al2O3 HCl H2O 100 300 脱去x H2O 含硅化合物 硅酸脂 加热时生成SiO2 作用 成胶 形成莫来石 Al2 OH nCl6 n H2O Al2 OH nCl6 n xH2O 17 多晶短纤维 SiO2含量 5 50 喷吹法甩丝法问题 渣球 18 碳纤维 性能 1973抗拉强度2451MPa1982T 3003332 3350T 4004118MPa分类 聚丙烯腈 PAN 基 沥青基 19 制造方法 200 250 300 1500 1500 2000 CH2 CH2 CH2 CH2 CH CH CH N N N CH2 CH2 CH2 CH CH CH C C C C C C N N N C O CH C CH2 CH C CH CH2 N C C N N O 施加张力氧化 脱水脱氢 碳化 石墨化 聚丙烯腈 PAN 20 21 22