复合材料增强体.ppt

　　(5)用氧化铝增强的复合材料具有优良的抗压性能，压缩强度比GFRP高，是GFRP的三倍以上，耐疲劳强度高，经107次重复交变加载后，强度不低于静强度的70％。 (6)电气绝缘、电波透过性好。 　　与玻璃钢相比，它的介电常数和损耗值小，且随频率的变化小，电波透过性更好。 　　氧化铝纤维的应用 　　针对上述特点，氧化铝纤维适合于制造既需要轻质高强又需要耐热的结构件。 　　用它制作雷达天线罩，其刚性比玻璃钢高，透电波性能好，耐高温。 　　若用氧化铝纤维的复合材料制导弹壳体，则有可能不开天线窗，将天线装在弹内。 　　目前，氧化铝纤维的的用途正处于开发阶段，不久的将来将在航空、航天、卫星、交通和能源等部门得到广泛应用。　 　　氧化铝纤维不足之处是密度比较大，约为3.20 g / cm 3，是纤维中最大的一种。 6、碳化硅纤维 　　碳化硅纤维（Silicon Carbide Fibre，SF或SiCf）是以碳和硅为主要组分的一种陶瓷纤维。 　　 6.1 碳化硅纤维的性能 　　SiC纤维是高强度、高模量纤维，有良好的耐化学腐蚀性、耐高温和耐辐射性能。 (1)力学性能　　 　　以在日本碳公司进行中试生产，产品名称尼卡纶为代表，其主要性能如下表所示： 尼卡纶的一般性质 　　从表中可看出，尼卡纶的强度与韧性接近于硼纤维。 (2)　热性能 　　碳化硅纤维具有优良的耐热性能，在1000℃以下，其力学性能（拉伸强度和弹性模量）基本上不变，可长期使用。 　　当温度超过1300℃时，其性能才开始下降。　因此，相比于碳纤维和硼纤维，碳化硅纤维具有更好的高温稳定性，是一种较好的耐高温材料。 (3)　耐化学性能 　　碳化硅纤维具有良好的耐化学性能，在80℃下耐强酸(HCl、H2SO4、HNO3)； 　　用30％NaOH浸蚀20小时后，纤维仅失重1％以下，其力学性能仍不变。 　　碳化硅纤维与全属在1000℃以下也不发生反应，而且有很好的浸润性，有益于金属的复合。 (4)　耐辐照和吸波性能 　　碳化硅纤维在通量为3.2 ? 10 10中子/秒的快中子辐照1.5小时或以能量为105中子伏特，200纳秒的强脉冲?射线照射下，碳化硅纤维强度均无明显降低。 　　此外，SiC纤维还具有半导体性能，与金属相容性好，常用于金属基和陶瓷基复合材料。 6. 2．碳化硅纤维的应用 　　由于碳化硅纤维具有耐高温、耐腐蚀、耐辐射的三耐性能，是一种耐热的理想材料。　　 　　在碳纤维形成的过程中，随着原丝的不同，重量损失可达10％--80％，因此形成了各种微小的缺陷。 　　但是，无论用哪种原料，高模量碳纤维中的碳分子平面总是沿纤维轴平行地取向。 　　用x射线、电子衍射和电子显微镜研究发现，真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构，而是属于乱层石墨结构。 　　在乱层石墨结构中，石墨层片是基本的结构单元，若干层片组成微晶，微晶堆砌成直径数十纳米、长度数百纳米的原纤，原纤则构成了碳纤维单丝，其直径约数微米。 　　实测碳纤维石墨层的面间距约0.339--0.342 nm，比石墨晶体的层面间距(0.335nm)略大，各平行层面间的碳原子排列也不如石墨那样规整。 　　依据C--C键的键能及密度计算得到的单晶石墨强度和模量分别为180 ＧPa和1000 GPa左右。而碳纤维的实际强度和模量远远低于此理论值。 　　这主要是由于纤维中的缺陷和原丝中的缺陷所造成的。 　　纤维中的缺陷主要是指结构不匀、直径变异、微孔、裂缝或沟槽、气孔、杂质等。 　　纤维中的缺陷来自两个方面，一是原丝中特有的，二是在碳化过程中产生的。　　 　　原丝中的缺陷主要是在纤维成形过程中产生的。而在碳化时，则由于从纤维中会释放出特种气体物质，进而在纤维表面及内部产生空穴等缺陷。 　　碳纤维的应力--应变曲线为一直线，由于伸长小，断裂过程在瞬间完成，所以碳纤维不容易发生屈服。　 　　碳纤维轴向分子间的结合力比石墨大，所以它的抗张强度和模量都明显高于石墨； 　　而碳纤维的径向分子间作用力弱，抗压性能较差，轴向抗压强度仅为抗张强度的10％--30％，而且不能结节。 2．碳纤维的物理性能 　　碳纤维的比重在1.5--2.0之间，这除了与原丝结构有关外，主要还决定于碳化处理的温度。 　　一般情况下，经过高温(3000 ℃)石墨化处理，比重可达2.0。 　　碳纤维的热膨胀系数与其它类型纤维不同，它有各向异性的特点。 　　平行于纤维方向是负值(-0.72 ~ -0.90 ? 10 -6 /℃)，而垂直于纤维方向是正值( 32 ~ 22 ? 10-6 /℃)。 　　碳纤维的比热一般为7.12 ? l0-1 kJ( kg · ℃ )。导热率有方向性，平行于纤维轴方向导热率为0.04卡/秒·厘米·度，而垂直于纤