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1、硼纤维增强铝基复合材料、碳纤维增强环氧树脂基复合材料、B/C 系列碳化硅陶瓷基复合材料的制备、性能和应用领域的对比班级：0919001学号：1091900103姓名：戎旭东日期：2012 年 3 月 20 日摘要：从材料的制备、性能等方面，比较硼纤维增强铝基复合材料、碳纤维增强环氧树脂基复合材料、B/C 系列碳化硅陶瓷基复合材料三种不同领域的复合材料，并对材料的应用领域进行了简单介绍。关键词：硼纤维增强铝基复合材料、碳纤维增强环氧树脂基复合材料、B/C 系列碳化硅陶瓷基复合材料、应用、性能、制备一、 硼纤维增强铝基复合材料1.1 硼纤维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
2、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 100200m 的连续单丝。它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。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 48 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1.2 硼纤维与其他纤维性能比较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%
3、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。硼纤维与铝的复合材料具体性能二、 碳纤维增强环氧树脂基复合材料环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)复合材料是 CF 增强复合材料的一个重要分支。近年来，随着人们对 EP/CF 复合材料认识的不断深入，其优异的性能不断凸现，促使其用量不断上升。 。20 世纪 80 年代以后，CF 工业和 EP 工业迅速发展，EP/CF 复合技术不断进步，加入到 EP 中的 CF 比例不断上升，目前 CF 的体积分数已可达 6
4、0以上，使 EP/CF 复合材料的质量提高而价格下降，拓宽了其应用领域，进一步促进了 EP/CF 复合材料的发展。21 EP 基体的作用EP 具有优良的加工性能和力学性能，其固化收缩率低，粘结性能优异。复合材料中 EP 的主要作用是把 CF 粘在一起，分配 CF 问的载荷，保护 CF 不受环境影响。22 EP/CF 复合材料的特性EP/CF 复合材料的特性主要取决于 CF、EP 及 EP 与 CF 之间的粘结特性。EP/CF 复合材料具有优异的性能，与钢相比，EP/CF 复合材料的比强度为钢的4.8 7.2 倍，比模量为钢的 3.14.2 倍，疲劳强度约为钢的 2.5 倍、铝的 3.3 倍，而
5、且高温性能好，工作温度达 400时其强度与模量基本保持不变。此外还具有密度和线膨胀系数小、耐腐蚀、抗蠕变、整体性好、抗分层、抗冲击等，在现有结构材料中，其比强度、比模量综合指标最高。在加工成型过程中 EP/CF复合材料具有易大面积整体成型、成型稳定等独特的优点。3. EPCF 复合材料的应用在航空领域，CF 复合材料应用于无人机、直升机主结构、次结构件和特殊部位的特种功能部件。国外将 EP/CF 复合材料应用在战斗机和直升机的机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能。在民用航空领域，飞机机体结构中大量使用 CF 复合材料。这些部件包括减速板、
6、垂直和水平稳定器(用作油箱)、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、水平尾翼和副翼等。此外，还主要用于飞行器的轻型化，轻型机枪枪架，新型连续抽油杆，高精度天线，接骨板，风电叶片及导电复合材料等领域。三、 B/C 系列碳化硅陶瓷基复合材料的制备1.1SiC 的硬度和韧性SiC 的硬度相当高，仅次于几种超硬材料，高于刚玉而名列普通磨料的前茅，莫氏刻痕硬度为 9.2，克氏显微硬度为 22002800kg/mm2(负荷 100g)。值得指出的是，所给范围之所以如此大，这是因为 SiC 晶体的硬度与其晶轴方向有关。研究表明：在一个结晶体内
7、，由于方向不同，最硬的与最软的差别可达800kg/mm2 以上。SiC 的热态硬度虽然随着温度的升高而下降，但仍比刚玉的硬度大很多。绿色碳化硅和黑色碳化硅的硬度，不论在常温或是在高温下都基本相同，没有发现本质上的差别。碳化硅的机械强度高于刚玉，如 SiC 的抗压强度为 224MPa，刚玉为 75.7MPa；SiC 的抗弯强度为 15.5MPa，刚玉则为8.72MPa。SiC 颗粒的韧性，通常是用 定数量某种粒度 SiC 颗粒在定型模子中，施加规定压力之后未被压碎的颗粒所占百分率来反映的，它受颗粒形状等许多因素的影响。1.2 SiC 陶瓷的主要应用领域（1）耐火材料国外将碳化硅用作耐火材料的数量
8、大于用作磨料。我国亦在不断扩大这方面的应用，根据国外厂商的习惯，耐火材料黑色碳化硅通常分为 3 种牌号：高级耐火材料黑碳化硅。这种牌号的化学成分要求与磨料用黑色碳化硅完全相同，主要用以制造高级碳化硅制品，如重结晶碳化硅制品、燃气轮机构件、喷嘴、氮化硅结合碳化硅制件、高炉高温区衬材、高温窑炉构件、高温窑装窑支承件、耐火匣钵等。二级耐火材料黑色碳化硅，含碳化硅大于 90%。主要用于制造耐中等高温的窑炉构件，如马弗炉炉衬材料等。这些构件除利用碳化硅的耐热性、导热性外，在很多场合还兼用它的化学稳定性。低品位耐火材料黑色碳化硅，其碳化硅含量要求大于 83%，主要用于出铁槽、铁水包，炼锌业和海绵铁制造业等
9、的内衬。（2）脱氧剂炼钢时通常要使用硅铁脱氧，近代发展了用碳化硅代替硅铁作脱氧剂，炼出的钢质量更好、更经济。因为用碳化硅脱氧时，成渣少而且很快，有效地减少了渣中某些有用元素的含量，炼钢时间短而成分更好控制，脱氧剂黑色碳化硅在美国和日本等国家的钢铁工业中用得很普遍。磨料用或耐火材料用碳化硅在炉中所生成的适合于作脱氧剂的物料，都能全部销售应用于生产而无须回炉，产品综合利用率高，生产的经济效果极佳。（3）军事方面用碳化硅陶瓷与其他材料一起组成的燃烧室及喷嘴，已应用于火箭技术中。碳化硅基复合材料制备的阿丽亚娜火箭尾喷管已成功应用。碳化硅密度居中，比Al2O3 轻 20%，硬度和弹性模量较高，价格比 B
10、4C 低得多，还可用于装甲车辆和飞机机腹及防弹防刺衣等。碳化硅材料还具有自润滑性及摩擦系数小，约为硬质合金的一半。它的抗热震性好、弹性模量高等特点在一些特殊地方获应用，如用来制成高功率的激光反射镜其性能优于铜质，由于密度低、刚性好、变形小。CVD 与反应烧结的碳化硅轻量化反射镜已经在空间技术中大量使用。参考文献：1 汤佩钊. 复合材料及其应用技术M .重庆：重庆大学出版社,1998:13.2 吴人洁.复合材料M .天津：天津大学出版社,2000:13.3 王荣国,武卫莉,谷万里. 复合材料概论M . 哈尔冰:哈尔滨工业大学出版社,1999:15.4 尹洪峰,魏剑. 复合材料 M. 北京: 冶金工业出版社,2010:10.5 李荣久. 陶瓷金属复合材料 M . 北京: 冶金工业出版社,2004: 21 22.6 赵稼祥. 硼纤维及其复合材料J . 纤维复合材料,2000,12( 4) : 35.
