1、特點和制備方法,硼纖維 boron fibre,王朔,來自無機非1003班,什么是硼纖維(boron fiber)?,實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，強度3.25.2GPa，模量350400GPa。是良好的增強材料，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)缺點呢?,硼纖維是高性能復(fù)合材料重要的纖維增強體之一，屬脆性材料，抗拉強度約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500時，強度顯著降低。硼纖維具有其他陶瓷纖維難以比擬的高強度、高模量和低密度等特點，是制備高性能復(fù)合材料用的重要增強纖維材料。由于其高的比強度和比模量，在航空、航天和軍工領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。其缺點就是價格相對與其他增強體復(fù)合材料偏高，實際生產(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),有機金屬法,按B原料來源分類,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,碳芯比鎢芯強度降低了5%,但是成本降低了25%.,制備設(shè)備,有機金屬法制備硼纖維工藝,硼的有機金屬化合物 (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。用纖維增強塑料、混凝土、陶瓷基體等，能使整體復(fù)合材料的強度、韌性增大，其抗疲勞、抗沖擊性能也能得到很大的改善，其主要原因就是因為當(dāng)纖維定向或不定向的分散在復(fù)合材料中時，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。纖維會受到比基體更大的拉應(yīng)力，這就是纖維起到增強的原因。纖維能阻滯基體微裂紋的擴展也是其增強的一個重要原因。,硼纖維增強復(fù)合材料機理,硼纖維的增強復(fù)合材料,a、硼纖維增強鋁基復(fù)合材料,硼纖維可用于增強鋁、鎂、鐵等金屬材料和樹脂，但主要用于增強金屬材料它是現(xiàn)

5、在唯一實用的金屬增強用纖維。鋁和硼纖維增強體復(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)點與硼纖維的高強度、耐燒蝕和重量輕等優(yōu)點結(jié)合在一起，既克服了增強體脆性的弱點，又彌補了基體金屬硬度不足和較重的缺點。,硼纖維增強鋁基復(fù)合材料作為當(dāng)前纖維強化金屬的一個較典型的代表，具有高的比強度和比模量以及高強度和剛性、輕重量、高導(dǎo)熱性和低熱膨脹性等突出優(yōu)點，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，提供了一種理想

6、的材料。,b、硼纖維增強環(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)點有兩點：在處理和鋪層時玻璃紗布給預(yù)浸帶增加了橫向整體性，同時在連接時有助于硼纖維保持間距和對準(zhǔn)。 硼纖維/環(huán)氧復(fù)合材料除了具有高的比強度和比模量之外，相對于炭纖維/環(huán)氧復(fù)合材料來講，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。,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,由于硼纖維具有獨特的機械性能組合，硼纖維增強金屬鋁復(fù)合材料的韌性是鋁合金的3倍，而質(zhì)量僅為鋁合金的2/3。所以硼纖維被大量用于軍事航空和民用航空方面。其實硼纖維增強復(fù)合材料最初就是用在高性能飛機及宇宙飛船的構(gòu)件上。比如，美國的F-15和F-14飛機的垂直尾翼、穩(wěn)定器，轟炸機B-1的機翅縱向通材，直升機CH-54B、飛機F-4的方向舵，飛機707的機襟翼，飛機F-5的陸裝置門，飛機T-39的機翼箱等都使用硼纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以及法國制造的幻影2000飛機，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候振動傳遞性更強，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；硼纖維對中子具有吸收能力可用作核廢料的運輸、貯存容器等；利用硼纖維的高壓縮強度，在瀝青系碳纖維的強度補強方面也極其有效。 除了上述應(yīng)用之外，硼