新型增強材料---硼
硼元素出現已約150年了,但直到1960年還未考慮把它作為給結構材料使用。為了將玻璃鋼所用玻璃纖維的強度進一步提高,雖然已研制了高強度纖維(S-玻璃),高彈性纖維(鈹玻璃)等,但對于這些以氧化硅作為基體的玻璃纖維的領域內,很多專家似乎有達到盡頭之感,所以便把硼纖維作為研究對象。據有關資料介紹,硼纖維的彈性模量為玻璃纖維的’倍,目前已有很多生產硼纖維。
(一)硼纖維的制造
硼纖維是一種高強度、高彈性模量、耐高溫和質量輕的優良材料。其制取方法雖有多種,但用于工業生產的主要還是用蒸發鍍覆法制取連續長纖維。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℃,一面通過水銀密封的有氫氣流動的容器,進行預先表面凈化。接著把這種鎢絲芯通電加熱至1100℃左右,同時送入水銀密封的反應容器中,在這種容器內流動著三氯化硼和氫氣,在這里無定形硼在鎢絲芯上蒸發鍍覆。氣相反應如下:
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通過調節鎢芯經過沉積室的速度,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鍍覆的工序,所以存在制造成本相當高的問題,隨著硼纖維工業的進展,成本也不斷下降。
?。?STRONG>二)硼纖維及其復合材料的性能
硼纖維的性能見下表,其拉伸強度和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。

硼纖維的缺點是,在高溫下能和大多數金屬起反應而變脆。硼纖維增強環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性能,美國漢密頓公司正在研制一種在硼纖維表面涂覆長3-4μm的SIC 的產品。利用鋁合金粉末的等離子體噴射法,把這種帶有SIC 的產品固定在鋁箔上,重迭起來施以熱壓,使其擴散結合,可制成金屬基體的復合材料,其性能如下表。

(三)硼纖維的應用
目前,美國正在考慮作為現代飛機的應用部件有:發動機葉片、主翼、空氣折流板、中腰機架、支架、水平尾翼,直升飛機翼片、床梁、腳門、翼端、輪距邊緣面板等。用硼:環氧系復合材料制作宇宙航行飛行器的結構材料,可大大減輕質量,增加對空氣阻力的穩定性,擴大內部容積等方面比用其它材料更具有優越性。










































