高性能硼纤维的研究进展

北京航空材料研究院从70年代开始研制硼纤维及其碳化硼涂层,是国内目前唯一从事研究和生产该项高技术产品的单位。“七五”和“八五”期间一直得到国家科委“863”计划的资助,研究工作取得了突破性的进展,实验室研制的带碳化硼涂层的硼纤维,经美国DGI(防务集团公司)委托Lowell大学研究中心进行测试,结果表明所有测试性能均与国际先进水平美国Textron公司生产的硼纤维相当,其中抗拉强度达到3704MPa,弹性模量达到394GPa。 “九五”期间又在己有的研究基础上提前两年建成一台适于批量生产硼纤维的先进立式CVD(化学气相沉积)设备样机。该     

金属基复合材料现状与存在的问题

一、当前发展概况 当代金属基复合材料是从60年代初发展起来的。国外在研制硼纤维的基础上首先发展了硼/铝,并取得了相当大的成功。由于价格较低的碳纤维的迅速发展,至70年代中期研究工作主要集中于碳纤维增强铝,并用熔融钾钠处理和硼钛涂覆两种工艺介决了纤维与铝液的浸润问题,使碳/铝获得发展。70年代末以来,由于金属基复合材料及其增强体的研究不断深入与扩大,出现了碳化硅单丝粗纤维、束丝纤维、晶须、颗粒和氧化铝长纤维、短纤维等增强铝等多种金属基复合材料,并成为当前研究工作的中心。在各种金属基体中铝基复合材料一直占有主导地位。这是由于铝合金有着广泛的研究、生产基础和应用经验,特别是在航空航天领域。加之熔点较低,加工容易,有着得天独厚的优势。此外,碳纤维增强镁或铜、碳化硅增强钛、钨丝增强高温合金、自增强型定向凝固共晶高温合金等,以及金属间化合物钛铝为基的复合材料,都有不同程度的发展。需要指出的是,金属基复合材料发展时间较短,总共只有大约30年的历史,是一种新的材料,还处在一个蓬勃发展与急剧变化的阶段。随着新增强体、新复合工艺的开发,新型的金属基复合材     

金属系复合材料(续)

最近,已研制出来多相系纤维,在美国已经大量生产。这种多相纤维是在金属细丝上涂敷其他相的复合纤维。亦即用钨丝作芯线,使硼、碳化硅、硼化钛、碳化硼等热分解析出。在这些多相纤维中,以硼-钨纤维、碳化硅-硼-钨纤维(Borsic     

实验条件对硼纤维强度的影响

本文研究了硼纤维强度的分布以及测试试样个数，湿度／标距长度等不同因素对硼纤维拉伸强度测量值的影响。结果表明湿度、标距长度对硼纤维拉伸强度有明显影响，认为Ｗｅｉｂｕｌｌ分布能够正确表征硼纤维强度的分布特征，Ｗｅｉｂｕｌｌ分布形状系数ｍ值的大小反映了硼纤维强度测量值的分散性，评定硼纤维强度时，在同等条件下测试４０至５０根试样，其结果就足以满足工程技术应用所要求的精度。     

用于复合材料的新纤维

航空航天材料制造商们正在开发各种新的或改性的增强纤维,以用于下一代复合材料中。当前对先进增强纤维的研制工作包括下列几个方面: ①大直径硼纤维采用在钨丝上蒸汽沉积硼的方法制备,用于树脂母体和金属母体复合材料中。②硼纤维采用在碳丝上蒸汽沉积硼的方法制备,用于树脂母体和金属母体复合材料中。     

CVD法生产硼纤维过程中BCl3的回收再利用的研究

用氯气一硼纤维生产过程回收尾气ＢＣｌ３中的丁硼烷（Ｂ４Ｈ１０）进行反应,实现了硼纤维生产过程中ＢＣｌ３的循环利用。     

气相硼催化石墨化炭纤维对其力学性能和微观结构的影响

采用间接法将硼引入炭纤维(CF)中,即先将硼引入石墨坩埚中,然后将CF放到坩埚中,升温进行石墨化处理,石墨坩埚中的硼扩散出来,进入纤维中,借助硼的催化石墨化特性,从而制备出硼掺杂石墨纤维。研究硼含量对炭纤维力学性能的影响。利用X射线光电子能谱、X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜对所制石墨纤维中的硼含量、结构和形貌进行表征和分析。结果表明:石墨纤维中的硼含量可控,硼的催化石墨化作用,提高了CF的石墨化度,由于硼的固溶特性引入了一些缺陷,使得CF的微结构和力学性能发生变化;通过调控CF中的硼含量(0.58%-0.68%),能够在CF强度不损失的情况下提高其模量。     

高邻位硼酚醛纤维的合成及表征

以苯酚、甲醛及硼酸为原料,醋酸锌、硫酸双催化聚合得到高邻位硼酚醛树脂,经熔融纺丝制得初生纤维,然后在甲醛、盐酸水溶液中缓慢升温溶液固化,在N2气氛中240℃热固化,获得高邻位硼酚醛纤维。利用傅里叶变换红外光谱研究了硼酚醛纤维固化过程中的结构变化,热重分析表明硼酸的加入增加了酚醛纤维的残炭率,扫描电镜图显示热固化后,纤维结构均一化,韧性增加。通过与硼酸共聚及纤维热固化提高了纤维的热性能,解决了高邻位酚醛纤维固化不均匀,力学性能差的问题。     

金属基复合材料的研究进展

本文简要介绍了金属基复合材料概况及北京航空材料研究所20年来在这方面的研究情况,特别是在研制硼纤维、硼/铝及碳化硅/铝复合材料中所取得的成果。     

脉冲通电热压法制备的硼纤维强化钛基复合材料的组织和力学性能

硼纤维密度低(2 057 g/cm3),拉伸强度高达3.6 GPa,压缩强度高达6.9 GPa,而且有优良的耐热性,因此,硼纤维作为Al基或钛基复合材料的强化纤维倍受关注.用脉冲通电热压法(PCHP)将纯钛和硼纤维复合化,研究了复合条件对该复合材料的组织和力学性能的影响.     

新型增强纤维的动向

由于复合材料长足的进步,最近两年,新型增强纤维的生产和应用跃升到了一个新的水平。用于所谓“先进复合材料”(Adv-anced Composite)的新型增强纤维的发展,最引人瞩目的是碳素纤维和芳香族聚酰胺纤维。其他的如碳化硅纤维、氮化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维等也均属积极发展之列。新型增强纤维与玻璃纤维等通用增强纤维相比,共同的突出特点是     

橡胶改性对硼纤维/环氧单向复合材料力学性能的影响

对环氧树脂进行液体丁腈橡胶改性, 并采用缠绕无纬布层压成型工艺制备了硼纤维/环氧单向复合材料。测试了环氧树脂液体丁腈橡胶改性前后硼纤维/环氧单向复合材料的力学性能, 研究了硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式。结果表明, 基体中的10%液体丁腈橡胶使硼纤维/环氧单向复合材料的拉伸强度、 弯曲强度、 层间剪切强度和断裂延伸率分别提高了18.42%、 13.39%、 28.45%和43.40%, 但其拉伸和弯曲模量稍有下降。基体中含10%液体丁腈橡胶的硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式为界面层的内聚破坏和脱黏破坏共存的混合破坏。      

带碳化硼涂层硼纤维的研究

高模量连续硼纤维是六十年代结构材料方面重要的研制项目之一。这种纤维具有优异的物理、化学和机械性能,而密度比铝还小。它与环氧树脂复合后,比刚性和比强度至少是钢的三倍;就其抗压强度、刚性和疲劳性能来说,似乎还没有哪一种纤维增强的材料可与之匹敌。据报导,硼-环氧已正式用于F—15尾翼     

硼/铝复合材料管材研制

一、前言 纤维增强金属基复合材料(FRM)是60年代问世的 一类新型材料系列。由于运用材料组元优势特性互补的 复合设计思想,使该类材料呈现良好的发展前景,受到有 关部门的高度重视。因此实验室的研究工作发展迅速,并 从70年代中期,逐步从实验室走向工程技术应用。 硼纤维增强铝复合材料在纤维体积密度为50％时, 抗拉强度可达1300～1500MPa,拉伸弹性模量在200～ 230GPa之间,而密度仅为2.6g/cm~3。同时硼/铝复合材 料抗压缩性能好,通常在增强方向上,压缩强度均高于拉 伸强度。如此优异的综合力学性能,使该材料在航空航天 技术领域占有重要地位。 实践表明,由于纤维方向性增强的特点及元件受载 形式,复合材料管材是工程技术应用的重要元件形式之 一。因制作工艺上的特殊性,FRM管材的成形工艺大体上 可归结为热等静压法和特种铸造法两类。例如英国BNF 金属工艺中心用真空渗透加压铸造法,制取直径 330mm、高30Omm的硼/铝复合材料管,估计管壁厚度     

大直径连续SiC（或硼）纤维射频气相沉积法的产业化生产

介绍了实现了借助高频加热法硅烷化学气相沉积生产SiC纤维的工业化过程。着重介绍了化学气相沉积法的原理、SiC（或B）纤维工业化生产的工艺、流程和设备。此外，该法也可用于生产大直径连续硼纤维、硼化钛纤维以及各种不同的表面涂层等。     

干法纺丝制备二硼化锆陶瓷纤维及其表征

二硼化锆是一种很具潜力的超高温陶瓷材料。通过干法纺丝手段可以得到具有一定优良性能的二硼化锆纤维:以二硼化锆陶瓷制备中的液相前驱体转化技术为依据,采用八水合氧氯化锆、硼酸、蔗糖和柠檬酸为原料,并利用聚乙烯醇为纺丝助剂,制得二硼化锆前驱体纺丝液,然后利用干法纺丝制得前驱体纤维,通过高温烧结制得二硼化锆陶瓷纤维。仪器分析结果如下:通过同步热分析仪(TG-DSC)分析前驱体纤维在100℃~1400℃的失重情况,发现二硼化锆纤维在1200℃左右生成;采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱分析(XPS),发现陶瓷纤维中二硼化锆晶形完整且含量较高;通过陶瓷纤维的X射线能谱分析(EDS)及元素分析(EA),发现纤维产物的纯度也较高;另外,扫描电镜(SEM)、单丝强度测试和热失重(TG)分析结果表明:干法纺丝制得的陶瓷纤维表面光滑,强度较好,具有一定的耐高温性。     

植入镁基体的MgB2超导线

美国西北大学研究用铸造法制造了镁基体／MgB2复合材料线。采用此项工艺时，将液态镁以加压渗透法通过预成型的成束状的硼纤维，随后原位生成超导MgB2纤维。生成的复合材料线由镁基体及植入其中的数以百计的连续二硼化镁纤维组成。     

聚合物复合材料前景光明

预计高性能聚合物复合材料市场在九十年代将以16％的年增长率增长,到2000年,将到120亿美元以上。在航天工业市场中,聚合物复合材料产品的增长速度最快,为22％/年。在工业应用中,这种产品的增长速度为10％/年以上。高性能聚合物复合材料是由S-玻璃纤维、碳(石墨)纤维、硼纤维、芳酰胺纤维     

Weibull分布理论在硼纤维及B/Al复合材料中的应用

本文采用单一Weibull统计分布函数来描述硼纤维拉伸强度的分散性,发现具有不同断裂机制的缺陷所引发的断裂其拉伸强度分布分别符合Weibull分布,并具有各自独特的形态和参数;对热压复合前后的硼纤维的拉伸强度分布特征进行分析比较,结果表明热压复合过程对纤维的性能及拉伸强度分布特征有一定的影响,这主要是因为热压改变了纤维内部缺陷的类型和分布.本文还就以上研究结论在硼纤维的生产及其产品的性能表征方法、B/Al复合材料性能的非破坏性评估方法上的应用进行了讨论.     

硼纤维拉伸破坏的断裂特征EI

以光学显微镜和扫描电子显微镜为主要手段，观察和分析了用纤维拉伸破坏的断口表面，结果表明：硼纤维的断裂均起源于固有的缺陷和裂纹。将所观察到的断裂类型进行归纳和分类，并对沉积工艺进行相应的改进，从而避免或减少了缺陷和裂纹的出现，提高了硼纤维的拉伸强度。