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增強體 1 分類 陶瓷類 氧化物 Al2O3 Al2O3 SiO3 3 K2TiO3 非氧化物 SiC Si3N4 TiB2高聚物類 聚芳酰胺纖維 聚乙烯纖維金屬類 金屬絲 如 W Mo碳纖維類玻璃纖維 按來源 天然和人造按形態(tài) 顆粒 纖維 長短之分 粗細之分 晶須按物質(zhì)結(jié)合鍵和物化性能 2 綜合評價 對金屬和陶瓷 碳 石墨纖維 各種陶瓷纖維 晶須對有機材料 SiO2 石墨 高聚物纖維對水泥碳 石墨纖維 3 定義 纖維 長度大于100 m且長徑比大于10的絲狀材料 它們可能是非晶態(tài) 多晶態(tài)或單晶 晶須 直徑小于1 m 長徑比為10的細長單晶粒子 4 纖維多為脆性材料 它的強度不是一個單值而是一個統(tǒng)計變量 而纖維束的強度小于單根纖維的平均強度 單根纖維強度分布圖 5 玻璃纖維 主要成分 二氧化硅四面體 SiO2 制作方法 玻璃球 熔池 鉑坩鍋 6 商用玻璃纖維的性能 直徑 12 m比重 2 48 2 89熱膨脹系數(shù) 2 9 7 5 拉伸強度 3 6 4 8GPa楊氏模量 70 110GPa 7 硼纖維 制作方法 氣相沉積技術(shù) 10 12 m鎢 H2 BCl3 H2 HCl H2 BCl3 氣 加熱 2B 固 HCl 氣 沉積在鎢絲上 通電加熱 8 硼纖維顯微結(jié)構(gòu) 表面為玉米棒的外形特征 粗糙的表面相當(dāng)于表面缺陷 降低了纖維強度 強度 小玉米節(jié) 3 3 3 7GPa大玉米節(jié) 2 8GPa棒狀 1GPa 9 硼纖維性能特點 性能 密度 2 6Gpa 3 1 4 1模量 420GPa 特點 1 強度分散2 內(nèi)層反應(yīng) 但基本無害3 昂貴4 外層與金屬反應(yīng)嚴(yán)重 實驗證明 硼纖維的臨界反應(yīng)厚度為0 2 0 5 m改進 1 用碳絲代替鎢絲 輕 細 2 在硼纖維上加一層B4C BN或SiC作為反應(yīng)阻擋層 具有SiC涂層的商品 Borsic 10 碳化硅纖維 化學(xué)氣相沉積 高分子先驅(qū)體法 化學(xué)氣相沉積制作方法 在W或C絲上沉積SiC 目前用C代替W絲 特點直徑偏大 140 m目前新產(chǎn)品 70 m 11 化學(xué)氣相沉積碳化硅纖維表面特點 1 m SiC SCS 2 3 m 1 m 6 m SCS 6 SCS 8 1 m富碳層用于鋁基 3 m富碳層 其中最外層和中間地帶硅含量出現(xiàn)極大點 較的涂層 用于Ti 有6 m非常細的晶粒SiC提高機械性能 用于Al 12 聚碳硅烷合成 聚碳硅烷紡絲 燒結(jié)成碳化硅纖維 碳化硅高分子先驅(qū)體法 13 Al2O3纖維 種類 單晶 Al2O3多晶長纖維多晶短纖維 14 單晶性能指標(biāo) 225 m 140 150 m 產(chǎn)量 150mm 分鐘比重 4 0 幾乎沒有缺陷楊氏模量 275GPa 目前470GPa 拉伸強度 2 1GPaShahinian公司有現(xiàn)貨 鉬坩鍋 15 多晶 Al2O3纖維制法 1 杜邦公司的FP Al2O398 Al2O3 2 5 SiO2 氫氧化鋁 水 氧化鋁粉 膠體懸浮液 紡絲 成纖 失水處理 煅燒 Al2O3 20 5 m Al2O3微粒 5 m 其中98 3 m 50 0 2 m 懸浮液固態(tài)沉淀物的重量百分?jǐn)?shù)為80 在11 13MPa壓力下 經(jīng)直徑為0 1mm的擠壓嘴擠成細絲 細絲經(jīng)輥子系統(tǒng)二次拉長 100 300 去除水份 纖維此時出現(xiàn)收縮 SiO2涂層 1300 1500 得到 Al2O3表面SiO2形成莫來石 以及SiO2玻璃態(tài) 填充Al2O3的缺陷 同時阻止晶粒長大 16 2 日本住友公司生產(chǎn)的 Al2O3纖維 85 Al2O3 15 SiO2 水 鹼式氯化鋁 Al2 OH nCl6 n 聚合 膠體 成纖 脫水 煅燒 最終晶相形成 900 形成穩(wěn)定的多晶結(jié)構(gòu) Al2 OH nCl6 n 500 600 Al2O3 HCl H2O 100 300 脫去x H2O 含硅化合物 硅酸脂 加熱時生成SiO2 作用 成膠 形成莫來石 Al2 OH nCl6 n H2O Al2 OH nCl6 n xH2O 17 多晶短纖維 SiO2含量 5 50 噴吹法甩絲法問題 渣球 18 碳纖維 性能 1973抗拉強度2451MPa1982T 3003332 3350T 4004118MPa分類 聚丙烯腈 PAN 基 瀝青基 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 施加張力氧化 脫水脫氫 碳化 石墨化 聚丙烯腈 PAN 20 21 22