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第三章 复合材料的增强材料 3.5 颗粒增强体 用以改善复合材料力学性能、提高断裂功、提高耐磨性和硬度、增进耐腐蚀性能的颗粒状材料。 目前经常使用的颗粒增强体有： SiC,TiC,B4C,WC,Al2O3,MoS2,Si3N4,TiB2, BN,C等。 第三章 复合材料的增强材料 平均尺寸为3.5-10微米，最细为纳米级，最粗的颗粒粒径大于30微米。 在复合材料中的体积含量一般为15%-20%，特殊的也可以达到5%-75%。 按照变形性能，可分为：刚性和延性颗粒。其中刚性颗粒主要是陶瓷颗粒，延性颗粒主要是金属颗粒。 力学性能主要取决于颗粒的形貌、直径、结晶完整度和颗粒在复合材料中的分布情况及体积分数。 第三章 复合材料的增强材料 近年来颗粒增强金属基复合材料发展迅速，为适应不同的性能需要可选用不同的颗粒作为增强物，主要选用的颗粒材料是陶瓷颗粒，它们是A12O3，SiC，Si3N4，TiC，B4C和石墨等颗粒。陶瓷颗粒性能好、成本低，易于批量生产，其中A1203，SiC，B4C，石墨等颗粒主要用于铝基、镁基复合材料，TiC，TiB2等颗粒用于钛基复合材料。 第三章 复合材料的增强材料 根据对陶瓷基复合材料性能产生的影响，颗粒增强的复合材料又可进一步分为颗粒弥散强化陶瓷基复合材料和真正颗粒陶瓷基复合材料。其中弥散粒子十分细小，直径从纳米级到几个微米之间，主要利用第二相粒子与基体晶粒之间的弹性模量与热膨胀系数的差异，在冷却中粒子相与基体周围形成残余应力场。这种应力场与扩展裂纹尖端应力交互作用，从而产生裂纹偏转、绕道、分支和钉扎等效应，对基体起增韧作用。 第三章 复合材料的增强材料 真正颗粒复合材料指的是含有大量的粗大颗粒，这些颗粒不能有效阻挡裂纹扩展，设计这种复合材料的目的不是为了提高强度，而是为了获得不同寻常的综合性能，如混凝土、砂轮磨料等即为此类颗粒复合材料。但陶瓷基颗粒复合材料尤其是先进陶瓷基颗粒复合材料指的大多数是颗粒弥散增强的陶瓷复合材料或称作复相陶瓷，是在纤维(晶须)补强基础上发展而来的，并且与纤维相比，颗粒的制造成本低、各向同性、强韧化效果明显；除相变增韧粒子外，颗粒增强在高温下仍然起作用，因而逐渐显示了颗粒弥散增强材料的优势。近年来氧化锆增韧陶瓷(ZTC)是一类发展迅速的颗粒弥散相变增韧材料。 思考题 1、常用的增强材料可分为哪几类？如何选择？ 2、常用的玻璃纤维如何分类？按照原料成分可分为几类？ 3、为什么玻璃纤维的抗拉强度随长度减小、直径减小而增大？ 4、什么是纤维的疲劳？老化？ 5、碳纤维如何分类？其制造方法有哪两种？ 6、简述芳纶纤维、硼纤维的性能特点及应用。 7、常用的晶须有哪一些？可分为几类？ 8、常用的颗粒增强体有哪一些？可分为几类？ 思考题 9、什么是颗粒增强体？颗粒增强复合材料的力学性能取决于哪些因素？ 10、增强纤维有何特点？ 11、增强体在复合材料中有何作用？ 12、简述坩埚法、池窑法制备玻璃纤维的工艺过程？ 13、简述碳纤维的制备工艺过程。 第三章 复合材料的增强材料 3.4 芳纶纤维(有机纤维、Kevlar纤维） 3.4.1 概述 1968年美国杜邦公司开始研制； 1971年Du Pont公司产品注册为Kevlar； 1972年以B纤维为名发表专利，开始生产； 美国、荷兰、俄罗斯、日本等是主要生产国。 3.4.2 芳纶纤维的性能特点 一般为黄色、有光，加热到450℃以上变焦变脆。 1、力学性能 （1）拉伸强度高 （2）弹性模量高 （3）冲击性能好 （4）密度小 第三章 复合材料的增强材料 （5）压缩性能 （6）剪切性能较低 （7） 耐磨性能优良、韧性好、加工性好 2、热稳定性 （1）热稳定性优良； （2）热膨胀系数小，各向异性，尺寸稳定性好； （3）具有良好的散热和绝热性能； （4）抗燃烧性能良好。 第三章 复合材料的增强材料 3、 化学性能 （1）良好的耐介质性能 但耐强酸碱、耐水性不好 （2）氧化稳定性较好 4、存在的问题 （1）耐光性差 （2）溶解性差 （3）抗压强度低 （4）吸湿性强 第三章 复合材料的增强材料 第三章 复合材料的增强材料 3.4.3 用途 1、航空航天 2、军事工业 3、民用 第三章 复合材料的增强材料 第三章 复合材料的增强材料 第三章 复合材料的增强材料 第三章 复合材料的增强材料 3.4 其它纤维 1、硼纤维 （1）概述 第三章 复合材料的增强材料 玻璃纤维的拉伸强度虽然很高，但弹性模量相对较低。因此，在用玻璃纤维增强塑料作为结构材料使用时，表现出刚性不足的缺点，为了弥