硼纤维及其复合材料的发展和应用

硼纤维及其复合材料的发展和应用实为钨丝或碳纤维为芯、表层为硼的皮芯型复合纤维。直径有100、140及200μm，密度2.30～2.65g/cm3，强度3.2～5.2GPa，模量350～400GPa。是良好的增强材料，可与金属、塑料或陶瓷复合，制成高温结构用复合材料。硼纤维活性大，在制作复合材料时易与基体相互作用，影响材料的使用，故通常在其上涂敷碳化硼、碳化硅等涂料，以提高其惰性。什么是硼纤维(boronfiber)?硼纤维的优缺点硼纤维属脆性材料，抗拉强度约3500兆帕，弹性模量400吉帕，密度只有钢材的1／4，抗压缩性能好。在惰性气体中，高温性能良好。在空气中超过500℃时，强度显著降低。硼纤维具有其他陶瓷纤维难以比拟的高强度、高模量和低密度等特点，是制备高性能复合材料用的重要增强纤维材料。由于其高的比强度和比模量，在航空、航天和军工领域获得广泛应用。其缺点就是价格相对与其他增强体复合材料偏高，实际生产生活中大规模推广应用有一定难度。硼纤维的性能硼纤维是高性能复合材料重要的纤维增强体之一，是用化学气相沉积法使硼纤维沉积在钨丝或碳纤维新材上制得的直径为100~200μm的连续单丝。硼纤维有拉伸强度超过了高强度钢，密度只有2.5g/cm3，强度比普通金属（钢、铝等）高4~8倍。硼的硬度极高，摩氏硬度9.5，仅次于金刚石，比碳化硅几乎高40%，比碳化钨高一倍，具体性能见下表1所示表1硼纤维的性能纳米硼纤维钓竿玻璃钢电缆管道硼纤维技术表2硼纤维与其他纤维性能比较化学气相沉淀法(CVD)硼纤维的制备有机金属法化学气相沉淀法什么是化学气相沉积法?制备钨芯-BF预处理:用作芯材的钨丝先在NaOH中用电化学方法进行表面清洗及减小直径处理，控制直径约为13μm，然后进入清洗室清除表面的氧化物。W丝(约为13μm)清洗室[H21200℃]沉积室[2BCl3+3H2→2B+6HCl1350℃]涂覆室[保护层B4C3厚2~4μm]钨芯-BF直径约100μmt碳纤维丝(约为33μm)裂解石墨室(H2+CH4)沉积室[2BCl3+3H2→2B+6HCl1350℃]涂覆室[保护层B4C3厚2~4μm]碳芯-BF制备碳芯-BF碳芯比钨芯强度降低了5%,但是成本降低了25%.有机金属法制备硼纤维工艺硼的有机金属化合物(三乙基硼/硼烷系化合物等)高温分解(600℃底丝Al等)Al芯-BFBF硼纤维的性能比较硼纤维增强复合材料机理复合材料性能与组分性能、组分分布以及组分间的物理、化学作用有密切关系。用纤维增强塑料、混凝土、陶瓷基体等，能使整体复合材料的强度、韧性增大，其抗疲劳、抗冲击性能也能得到很大的改善，其主要原因就是因为当纤维定向或不定向的分散在复合材料中时，基体与纤维是紧密结合的，纤维将限制基体的变形，于是在基体和纤维界面部分产生了剪应力，并通过剪应力将复合材料承受的载荷合理地分配在纤维和基体两种组分上。纤维会受到比基体更大的拉应力，这就是纤维起到增强的原因。纤维能阻滞基体微裂纹的扩展也是其增强的一个重要原因。硼纤维的增强复合材料a、硼纤维增强铝基复合材料硼纤维可用于增强铝、镁、铁等金属材料和树脂，但主要用于增强金属材料它是现在唯一实用的金属增强用纤维。铝和硼纤维增强体复合，可以把铝及铝合金良好的韧性、延展性和容易成形的优点与硼纤维的高强度、耐烧蚀和重量轻等优点结合在一起，既克服了增强体脆性的弱点，又弥补了基体金属硬度不足和较重的缺点。硼纤维增强铝基复合材料作为当前纤维强化金属的一个较典型的代表，具有高的比强度和比模量以及高强度和刚性、轻重量、高导热性和低热膨胀性等突出优点，与金属或树脂构成的复合材料与传统工程材料相比可减重20%~40%。具有优异的疲劳强度和耐蚀性能，能在300℃或更高的温度下安全工作，主要用于制造对重量和刚度要求高的航空、航天飞行器部件。它的出现为体积小、重量轻、高空性能好的飞机，提供了一种理想的材料。b、硼纤维增强环氧树脂复合材料销售的的硼纤维大多数为连续的硼/环氧预浸带，典型宽度为6.4~152mm。硼纤维并非定向排列，约占复合材料体积的50%。典型的加料方式为每厘米宽度上82根丝以上，树脂含量占30~35wt%。制造时在预浸带背面贴一单层厚度为0.03mm的Style104玻璃纱布。贴玻璃纱布的优点有两点：在处理和铺层时玻璃纱布给预浸带增加了横向整体性，同时在连接时有助于硼纤维保持间距和对准。硼纤维/环氧复合材料除了具有高的比强度和比模量之外，相对于炭纤维/环氧复合材料来讲，还具有较大的热膨胀系数以及不易与铝合金发生电化学腐蚀等特点。PleaseinsertyourowntextPleaseinsertyourowntextPleaseinsertyourowntextPleaseinsertTitlePleaseinsertsub-title123PleaseinsertyourowntextPleaseinsertyourowntextPleaseinsertyourowntext...Pleaseinsertyourowntext...Pleaseinsertyourowntext...Pleaseinsertyourowntext...PleaseinsertTitlePleaseinsertsub-titleTextTextTextTextYourowntextYourowntextYourowntextPleaseinsertTitlePleaseinsertsub-titleTextTextTextTextYourowntextYourowntextYourowntextPleaseinsertTitlePleaseinsertsub-titleTextTextTextTextTextTextTextPleaseinsertTitlePleaseinsertsub-titleTextYourowntextYourowntextYourowntextTextTextPleaseinsertTitlePleaseinsertsub-titleProductCProductBProductBProductCProductAProductAPleaseinsertTitlePleaseinsertsub-title01020304050607080912345678910YourowntextPleaseinsertTitlePleaseinsertsub-titleThankyou!谢谢观赏WPSOfficeMakePresentationmuchmorefun@WPS官方微博@kingsoftwps