新型增强材料---硼
硼元素出现已约150年了,但直到1960年还未考虑把它作为给结构材料使用。为了将玻璃钢所用玻璃纤维的强度进一步提高,虽然已研制了高强度纤维(S-玻璃),高弹性纤维(铍玻璃)等,但对于这些以氧化硅作为基体的玻璃纤维的领域内,很多专家似乎有达到尽头之感,所以便把硼纤维作为研究对象。据有关资料介绍,硼纤维的弹性模量为玻璃纤维的’倍,目前已有很多生产硼纤维。
(一)硼纤维的制造
硼纤维是一种高强度、高弹性模量、耐高温和质量轻的优良材料。其制取方法虽有多种,但用于工业生产的主要还是用蒸发镀覆法制取连续长纤维。即以直径为12.7μm的钨丝作为芯材,将其一面通电加热至约1200℃,一面通过水银密封的有氢气流动的容器,进行预先表面净化。接着把这种钨丝芯通电加热至1100℃左右,同时送入水银密封的反应容器中,在这种容器内流动着三氯化硼和氢气,在这里无定形硼在钨丝芯上蒸发镀覆。气相反应如下:
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通过调节钨芯经过沉积室的速度,可获得不同直径的纤维。例如,原钨丝直径为13μm,能得到直径为43-120μm的硼纤维。将制成的纤维用线管卷取,以便使用和贮存。
由于采取使纤维一根一根地蒸发镀覆的工序,所以存在制造成本相当高的问题,随着硼纤维工业的进展,成本也不断下降。
(二)硼纤维及其复合材料的性能
硼纤维的性能见下表,其拉伸强度和3-4μm直径的玻璃纤维相似,硼纤维比铝轻15%,但弹性模量却比玻璃纤维高5倍。

硼纤维的缺点是,在高温下能和大多数金属起反应而变脆。硼纤维增强环氧塑料的性能见下表.
为了提高纤维的耐热性,增加与金属基体的适合性和防止反应性能,美国汉密顿公司正在研制一种在硼纤维表面涂覆长3-4μm的SIC 的产品。利用铝合金粉末的等离子体喷射法,把这种带有SIC 的产品固定在铝箔上,重迭起来施以热压,使其扩散结合,可制成金属基体的复合材料,其性能如下表。

(三)硼纤维的应用
目前,美国正在考虑作为现代飞机的应用部件有:发动机叶片、主翼、空气折流板、中腰机架、支架、水平尾翼,直升飞机翼片、床梁、脚门、翼端、轮距边缘面板等。用硼:环氧系复合材料制作宇宙航行飞行器的结构材料,可大大减轻质量,增加对空气阻力的稳定性,扩大内部容积等方面比用其它材料更具有优越性。








































