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新型增強(qiáng)材料---硼

  硼元素出現(xiàn)已約150年了,但直到1960年還未考慮把它作為給結(jié)構(gòu)材料使用。為了將玻璃鋼所用玻璃纖維的強(qiáng)度進(jìn)一步提高,雖然已研制了高強(qiáng)度纖維(S-玻璃),高彈性纖維(鈹玻璃)等,但對(duì)于這些以氧化硅作為基體的玻璃纖維的領(lǐng)域內(nèi),很多專家似乎有達(dá)到盡頭之感,所以便把硼纖維作為研究對(duì)象。據(jù)有關(guān)資料介紹,硼纖維的彈性模量為玻璃纖維的’倍,目前已有很多生產(chǎn)硼纖維。
   (一)硼纖維的制造
  硼纖維是一種高強(qiáng)度、高彈性模量、耐高溫和質(zhì)量輕的優(yōu)良材料。其制取方法雖有多種,但用于工業(yè)生產(chǎn)的主要還是用蒸發(fā)鍍覆法制取連續(xù)長(zhǎng)纖維。即以直徑為12.7μm的鎢絲作為芯材,將其一面通電加熱至約1200℃,一面通過(guò)水銀密封的有氫氣流動(dòng)的容器,進(jìn)行預(yù)先表面凈化。接著把這種鎢絲芯通電加熱至1100℃左右,同時(shí)送入水銀密封的反應(yīng)容器中,在這種容器內(nèi)流動(dòng)著三氯化硼和氫氣,在這里無(wú)定形硼在鎢絲芯上蒸發(fā)鍍覆。氣相反應(yīng)如下:


   通過(guò)調(diào)節(jié)鎢芯經(jīng)過(guò)沉積室的速度,可獲得不同直徑的纖維。例如,原鎢絲直徑為13μm,能得到直徑為43-120μm的硼纖維。將制成的纖維用線管卷取,以便使用和貯存。
  由于采取使纖維一根一根地蒸發(fā)鍍覆的工序,所以存在制造成本相當(dāng)高的問(wèn)題,隨著硼纖維工業(yè)的進(jìn)展,成本也不斷下降。
  (二)硼纖維及其復(fù)合材料的性能
  硼纖維的性能見下表,其拉伸強(qiáng)度和3-4μm直徑的玻璃纖維相似,硼纖維比鋁輕15%,但彈性模量卻比玻璃纖維高5倍。

  硼纖維的缺點(diǎn)是,在高溫下能和大多數(shù)金屬起反應(yīng)而變脆。硼纖維增強(qiáng)環(huán)氧塑料的性能見下表.

  為了提高纖維的耐熱性,增加與金屬基體的適合性和防止反應(yīng)性能,美國(guó)漢密頓公司正在研制一種在硼纖維表面涂覆長(zhǎng)3-4μm的SIC 的產(chǎn)品。利用鋁合金粉末的等離子體噴射法,把這種帶有SIC 的產(chǎn)品固定在鋁箔上,重迭起來(lái)施以熱壓,使其擴(kuò)散結(jié)合,可制成金屬基體的復(fù)合材料,其性能如下表。

 

  (三)硼纖維的應(yīng)用
  目前,美國(guó)正在考慮作為現(xiàn)代飛機(jī)的應(yīng)用部件有:發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、主翼、空氣折流板、中腰機(jī)架、支架、水平尾翼,直升飛機(jī)翼片、床梁、腳門、翼端、輪距邊緣面板等。用硼:環(huán)氧系復(fù)合材料制作宇宙航行飛行器的結(jié)構(gòu)材料,可大大減輕質(zhì)量,增加對(duì)空氣阻力的穩(wěn)定性,擴(kuò)大內(nèi)部容積等方面比用其它材料更具有優(yōu)越性。
 

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