06第三章(3)复合材料的增强体 没看

碳化硅纤维还具有 良好的抗氧化和高温性能 （ 其室温 性能可保持到1200° 性能可保持到1200°C） 1200 碳化硅纤维成本下降的潜力很大。 碳化硅纤维成本下降的潜力很大。 适合于制备树脂、金属及陶瓷基复合材料。 适合于制备树脂、金属及陶瓷基复合材料。
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5.2 碳化硅纤维的制备
CVD法 两种。 碳化硅纤维的制备方法有 先驱体转化法 和 CVD法 两种。

W Mo 钢丝 不锈钢 丝
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§9 有机纤维
芳纶纤维（ fibre，凯芙拉纤维） 9.1 芳纶纤维（Kevlar fibre，凯芙拉纤维） 聚乙烯纤维（Polythylene，PE） 9.2 聚乙烯纤维（Polythylene，PE） 聚对亚苯基苯并二恶唑纤维（PBO纤维 纤维） 9.4 聚对亚苯基苯并二恶唑纤维（PBO纤维）
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芳纶纤维（ fibre，凯芙拉纤维） 9.1 芳纶纤维（Kevlar fibre，凯芙拉纤维）
化学结构： 化学结构： 长链状聚酰胺，其中至少85 的酰胺直接键合在芳香环上。 85% 长链状聚酰胺，其中至少85%的酰胺直接键合在芳香环上。 刚硬的直线状分子链在纤维轴向上高度定向， 刚硬的直线状分子链在纤维轴向上高度定向，由氢键作横 向连接（ 向连接（在沿纤维方向的强共价键和横向弱的氢键是纤维 性能各向异性的原因） 性能各向异性的原因），使它具有轴向强度及刚度高而横
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§8 金属丝
用作复合材料增强体的金属丝有高强钢丝、不锈钢丝和 用作复合材料增强体的金属丝有高强钢丝、不锈钢丝和 高强钢丝 难熔金属丝（如钨、钼等） 难熔金属丝（如钨、钼等）。高强钢丝和不锈钢丝主要用来 增强铝基复合材料，也可用来增强水泥基复合材料。 增强铝基复合材料，也可用来增强水泥基复合材料。
密度大、 氧化铝纤维的缺点是 密度大、脆性大，主要用于增强聚合物及金属基体复合
材料，增强陶瓷基体复合材料尚需进一步开发。 材料，增强陶瓷基体复合材料尚需进一步开发。
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§7 氮化硅纤维
制备方法：先获得具有纺丝功能的聚氮硅烷，再经过不熔 纺丝功能的聚氮硅烷 制备方法：先获得具有纺丝功能的聚氮硅烷，再经过不熔 1200度左右的高温热处理 度左右的高温热处理， 化处理 、 1200 度左右的高温热处理 ， 从而获得直径为 10~15微米、性能优异的氮化硅纤维。 10~15微米、性能优异的氮化硅纤维。 微米 性能特点：力学性能类似于碳化硅，拉伸强度约为 120~ GPa， 1.5~3.0GPa，弹性模量约为120~260GPa，耐化学腐蚀， GPa，弹性模量约为120 260GPa 耐化学腐蚀， 电绝缘性能优异 应用领域： 应用领域：航空航天领域制造高温部件最好的侯选材料
碳化硅纤维是由β SiC微晶、 微晶 以认为 碳化硅纤维是由β—SiC微晶、少量石墨微晶和 α—石英微晶组成的均匀分散体。
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5.4 碳化硅纤维的性能
均匀分散的微晶凝聚力大） （1）力学性能：优异力学性能（均匀分散的微晶凝聚力大） 力学性能：
表3.8 各种SiC纤维的性能比较 各种SiC SiC纤维的性能比较
料的界面状况，在制备SiC纤维的同时可对纤维表面进行 在制备SiC SiC纤维的同时可对纤维表面进行
不同的涂层处理。 不同的涂层处理。
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5.3 碳化硅纤维的结构
研究表明碳化硅纤维中含有β—SiC微晶及少量石墨微晶 研究表明碳化硅纤维中含有β SiC微晶及少量石墨微晶 和α—石英微晶，这些微晶大小约为5纳米左右，因此可 石英微晶，这些微晶大小约为5纳米左右， 微晶大小约为
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（2）CVD法： CVD法 将基体丝连续通过玻璃管状反应器，并在加热到1200 将基体丝连续通过玻璃管状反应器 ， 并在加热到 1200 1300° ~ 1300°C的同时通入适量的氯硅烷与氢气的混合反应 气体，反应气体在热丝上发生热解反应生成SiC SiC并沉积 气体，反应气体在热丝上发生热解反应生成SiC并沉积 在热丝上形成带有芯（ 在热丝上形成带有芯（丝）材的连续SiC纤维。 材的连续SiC纤维。 SiC纤维 SiC↓ HCl↑ CH3 SiCl3 + H2 → SiC↓ + HCl↑ + •••
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芯材： 芯材： 直径33μm左 33μm 制备SiC纤维所采用的基体丝有连续 制备SiC纤维所采用的基体丝有连续碳丝（直径33μm左 SiC 直径12μm左右 12μm左右） 右）和钨丝（直径12μm左右），制备的单丝直径为100
∼ 140 微米。
表面涂层处理： 表面涂层处理： 为了缓解SiC沉积所形成的表面损伤敏感性和改善复合材 为了缓解SiC沉积所形成的 SiC
纤维强度：分子链是线性的， 纤维强度：分子链是线性的，能有效地利用空间而具有高 的填充能力，在单位体积内可容纳很多聚合物。 的填充能力，在单位体积内可容纳很多聚合物。这种高密 度聚合物具有较高的强度。 度聚合物具有较高的强度。 化学稳定性：很好（芳环结构） 化学稳定性：很好（芳环结构）
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性能优点：强度高、弹性模量高、 性能优点：强度高、弹性模量高、韧性好和比重小 性能缺点：横向强度低，压缩强度和剪切性能低、 性能缺点：横向强度低，压缩强度和剪切性能低、易劈裂 应 用：常与碳纤维混杂，提高复合材料的冲击韧性。 常与碳纤维混杂，提高复合材料的冲击韧性。
§5 碳化硅纤维
5.1 概述 5.2 碳化硅纤维的制备 5.3 碳化硅纤维的结构 5.4 碳化硅纤维的性能 5.5 碳化硅纤维的应用
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5.1
概
述
很高的比强度 、 比刚度 ， 耐腐蚀 、 碳化硅纤维具有 很高的比强度、 比刚度， 耐腐蚀、 抗 热震、热膨胀系数小、热传导系数大等优点。 等优点。 热震、热膨胀系数小、
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Nicalon CVD-W芯 CVD-C芯 Tyranno 晶须
（2）物理化学性能 耐氧化性： 耐氧化性：
优异的耐氧化性能，在1000度以下力学性能基本没有变 1000度以下力学性能基本没有变
化，1300度以上由于β—SiC微晶长大而力学性能下降。 1300度以上由于β SiC微晶长大而力学性能下降。 度以上由于 微晶长大而力学性能下降 耐腐蚀性： 耐腐蚀性：具有良好的耐化学腐蚀性。 与金属反应：1000度以下与金属几乎不反应 度以下与金属几乎不反应， 与金属反应： 1000 度以下与金属几乎不反应， 但有良好 的浸润性，有益于与金属复合。 的浸润性，有益于与金属复合。
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氧化铝纤维是多晶纤维， 氧化铝纤维的性能及应用：氧化铝纤维是多晶纤维，具有很好的 机
械性能 以及 出类拔萃的耐热性和抗氧化性 以及 优异的电绝缘性。
表3.9 各种氧化铝纤维的性能
纤 维 Du Pont法 Tyco法 住友法 三M法 ICI法 比 重 (g/cm3) 3.9 3. 99 3.2 2.5 3.4 直 径 (µm) 20 250 9 11 3 拉伸强度 拉伸模量 最高使用 (MPa) (GPa) 温度（°C） 1400 2400 2600 1750 1000 300 460 250 150 100 1100 2000 1300 1300 1600 化学组成 α -Al2O3 单晶 α -Al2O3 γ -Al2O3+SiO2 α -Al2O3 α-、δAl2O3+SiO2
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聚乙烯纤维（Polythylene，PE） 9.2 聚乙烯纤维（Polythylene，PE）
纤维特性：[CH2— 纤维特性：[CH2—CH2]n ，纤维的拉伸强度为 3.5GPa, 伸 长率为3.4%，弹性模量116GPa，密度为0.97 长率为3.4%，弹性模量116GPa，密度为0.97 g / cm3。 3.4% 116GPa 性能优点：聚乙烯纤维是目前国际上最新的超强、高比强度、 目前国际上最新的超强、高比强度、 性能优点：
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聚对亚苯基苯并二恶唑纤维（PBO纤维 纤维） 9.3 聚对亚苯基苯并二恶唑纤维（PBO纤维）
制备方法： 制备方法： 聚对亚苯基苯并二恶唑纤维，又称PBO纤维。属于杂环 PBO纤维 聚对亚苯基苯并二恶唑纤维，又称PBO纤维。 类纤维。 类纤维。制法是将对苯二甲酸和二氨基间苯二酚进行低 温溶液缩聚，再溶于浓磷酸或浓硫酸中配成液晶溶液， 温溶液缩聚，再溶于浓磷酸或浓硫酸中配成液晶溶液， 并进行干喷—湿纺而得到初纺丝， 并进行干喷—湿纺而得到初纺丝，再在张力下进行高温 热处理而得到纤维。 热处理而得到纤维。
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5.5 碳化硅纤维的应用
主要应用于航空航天领域。 主要应用于航空航天领域。 （请参阅教科书相关的内容） 请参阅教科书相关的内容）
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§6 氧化铝纤维
氧化铝纤维的制备及其结构: 制备方法较多， 氧化铝纤维的制备及其结构 : 制备方法较多 ， 制备的晶 型有α 型有α -、γ -、δ-Al2O3。 杜邦法（Du Pont）：又称泥浆法，可获得高纯和致密 杜邦法（ Pont） 又称泥浆法， 的氧化铝纤维，制备的纤维是多晶结构； 的氧化铝纤维，制备的纤维是多晶结构； 拉晶法（Typo） 采用制造单晶的方法制备氧化铝纤维， 拉晶法（Typo）：采用制造单晶的方法制备氧化铝纤维， 是单晶结构； 是单晶结构；
纤维 密度 （g/cm3） 2.6 3.4 3.0 2.4 3.2 弹性模量 （GPa） 250 400 400 280 700 拉伸强度 （MPa） 2500 3600 3600 2400 ~ 20000 比模量 ( GPa/g/cm3) 96.2 117.6 133.3 116.7 218.8 比强度 (MPa/g/cm3) 961.5 1058.8 1200.0 1000.0 ~6250.0
钨丝增强镍基耐热合金是比较成功的金属基复合材料。 钨丝增强镍基耐热合金是比较成功的金属基复合材料。 是比较成功的金属基复合材料
用钨丝增强镍基合金可以使高温持久强度提高一倍以上，高 用钨丝增强镍基合金可以使高温持久强度提高一倍以上， 温蠕变性能也明显提高。