第4章复合的增强体.ppt

(3) 超高分子量聚乙烯纤维的应用 3-23 晶须制备方法 晶须是人工控制条件下生长的细小单晶，直径在0.2-1μm，长度为几十微米。 3.5 晶须增强体 气相法（SiC、Si3N4、、Al2O3、TiC、AlN ） 液相法（金属晶须） 固相法（石墨、金刚石晶须） 内部缺陷极少，具有很高的拉伸强度和弹性模量。 晶须种类 氧化物晶须（Al2O3、BeO） 金属晶须 陶瓷晶须 非氧化物晶须（SiC、Si3N4、 SiN） Fe晶须 Cu晶须 Cr晶须 Ni晶须 3.5.1 晶须的种类 晶须制备方法 气液固法 化学气相沉积法 气相反应法 3.5.2 晶须的制造方法 焦化法 电弧法 1. 焦化法 制备工艺过程： 2. 气液固法 此法还可以制取Si、Al2O3、MgO、BW 等晶须 在预选高温将触媒固体颗粒（~30μm）熔化成液态触媒球，通入气相源(H2、CH4、SiO)，气相中的碳、硅原子被液球吸收溶解形成过饱和的碳硅溶液，以SiC的形式沉积在支撑衬底上。沉积不断进行，晶须不断生长，触媒球被生长着的晶须抬起，继续吸收、溶解和沉积。 3. 化学气相沉积法（CVD） CVD 法制取SiC晶须的两种方法： （1） 在氢还原气氛作用下，使有机硅化物在1000～1500℃热 分解,生成的SiC 沉积在极板上,并长大成为SiC晶须. CH3SiCl3 SiC + 3HCl 分解 （2） 在1200～1500℃温度下,用氢还原SiCl3 和CCl4 的气体混 合物, Si与C反应生成 SiC沉积在极板上得到SiC晶须. 2SiCl3 + 3H2 2Si + 6HCl CCl4 + 2H2 C + 4HCl 4. 气相反应法 工艺:在炉中装入铝和氧化铝的混合粉末,通入氢气与水蒸气的混合气体,产生反应 1300-1500℃ 2Al2O3 + 2H2 Al2O + H2O 1300-1500℃ 2Al + 2H2O Al2O + H2 2Al2O Al2O3 + 4Al 歧化 3.5.3 晶须的性能 （1） SiC 晶须的性能及应用 SiC 晶须外观为灰绿色，尺寸细小，通常有α-SiC、β-SiC 两种结构。α-SiC 晶须为多面体六方结构； β-SiC晶须为单一立方结构。 SiC 晶须主要用于作为金属基和陶瓷基复合材料增强体。 （2） C 晶须的性能及应用 C 晶须为针状单晶，直径从亚微米至数微米，长为几十微米并具有高度的结晶完整性。热膨胀系数小，耐磨性、自润滑性优良，可作为金属、聚合物和陶瓷的增强体。 碳化硅晶须 钛酸钾晶须增强的聚四氟乙烯密封环 3.6 颗粒增强体 颗粒增强体：用以改善基体材料性能的颗粒状材料 颗粒增强体的特点是选材方便，可根据不同的性能要求选用不同的颗粒增强体。 颗粒增强体成本低，易于批量生产。 具有高强度、高模量、耐热、耐磨、耐高温的陶瓷和石墨等非金属颗粒 如碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硼、石墨、细金刚石等。 刚性颗粒增强体 （Ragid Particle Reinforcement） 3.6 颗粒增强体 延性颗粒增强体（Ductile Particle Reinforcement） 主要为金属颗粒，加入到陶瓷基体和玻璃陶瓷基体中增强其韧性 如Al2O3中加入Al，WC中加入Co等。 金属颗粒的加入使材料的韧性显著提高，但高温力学性能会有所下降。 3.6 颗粒增强体 3.6 颗粒增强体 3.6.1 颗粒增强体的制备方法 1.碳化硅颗粒 通常采用石英砂加焦碳在电炉中高温还原而成： SiO2+3C SiC+2CO 2 .氮化硅颗粒 3Si（s）+2N2（g） Si3N（g） 工业硅直接氮化 3.6.2 颗粒增强体的性能 颗粒 密度(g/cm3) 熔点/℃ 热膨胀系数(×10-6/℃) 弯曲强度/MPa 弹性模量/GPa SiC 3.21 2700 4.0 400~500 B4C 2.52 2450 5.73 300~500 260~460 TiC 4.92 3200 7.4 500 Al2O3 2050 9.0 Si3N4 3.2~3.35 2100分解 2.5~3.2 900 330 3Al2O3·2SiO2 3.17 1850 4.2 1200 TiB2 4.5 2980 （1） SiC 颗粒与金属的相容性好，SiC颗粒增强金属基复合材料 在航天航空、电子、光学仪表和汽车领域具有广阔的应用 前景。 （2）