复合材料 戎旭东

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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.

2、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100~200μm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4~8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

3、，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%~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

4、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60％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。2．1EP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。2．2EP/CF复合材料的特性EP/CF复合材料的特性

5、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3.1～4.2倍，疲劳强度约为钢的2.5倍、铝的3.3倍，而且高温性能好，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.EP／CF复合材料的应用在航空领域，

6、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、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

7、骨板，风电叶片及导电复合材料等领域。一、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2200~2800kg/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，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，

8、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。1.2SiC陶瓷的主要应用领域（1）耐火材料国外将碳化硅用作