硼纖維增強復合材料

1. 纖維增強的和顆粒增強的復合材料有什麼區別

纖維增強復合材料
由增強纖維和基體組成。纖維(或晶須)的直徑很小，一般在l0μm以下，缺陷較少又小，斷裂應變不大於百分之三，是脆性材料。容易損傷、斷裂和受到腐蝕。 基體相對於纖維來說強度和模量要低得多但可經受較大的應變往往具有粘彈性和彈塑性是韌性材料。 纖維增強復合材料由纖維的長短可分為短纖維增強復合材料、長纖維復合材料和雜亂短纖維增強復合材料。纖維增強復合材料由於纖維和基體的不同品種很多如碳纖維增強環氧、硼纖維增強環氧、Kevlar纖維增強環氧、Kevlar纖維增強橡膠、玻璃纖維增強塑料、硼纖維增強鋁、石墨纖維增強鋁、碳纖維增強陶瓷、碳纖維增強碳和玻璃纖維增強水泥等。
纖維增強復合材料的性能體現在以下方面：

比強度高比剛度大成型工藝好材料性能可以設計抗疲勞性能好。破損安全性能好。多數增強纖維拉伸時的斷裂應變很小、疊層復合材料的層間剪切強度和層間拉伸強度很低、影響復合材料性能的因素很多會引起復合材料性能的較大變化、用硼纖維、碳纖維和碳化硅纖維等高性能纖維製成的樹脂基復合材料雖然某些性能很好但價格昂貴、纖維增強復合材料與傳統的金屬材料相比具有較高的強度和模量較低的密度、纖維增強復合材料還具有獨特的高阻尼性能因而能較好地吸收振動能量同時減少對相鄰結構件的影響
顆粒增強復合材料
顆粒增強體是用以改善復合材料的力學性能，提高斷裂功、耐磨性、硬度，增進耐蝕性的顆粒狀材料。如SiC、TiC、B4C、WC、Al2O3、MoS2、Si3N4、TiB2、BN、C、石墨~~~等
顆粒增強金屬基復合材料由於制備工藝簡單、成本較低微觀組織均勻、材料性能各向同性且可以採用傳統的金屬加工工藝進行二次加工等優點，已經成為金屬基復合材料領域最重要的研究方向。顆粒增強金屬基復合材料的主要基體有鋁、鎂鈦、銅和鐵等，其中鋁基復合材料發展最快；而鎂的密度更低，有更高的比強度、比剛度，而且具有良好的阻尼性能和電磁屏蔽等性能，鎂基復合材料正成為繼鋁基之後的又一具有競爭力的輕金屬基復合材料。鎂基復合材料因其密度小，且比鎂合金具有更高的比強度、比剛度、耐磨性和耐高溫性能，受到航空航天、汽車、機械及電子等高技術領域的重視。顆粒增強鎂基復合材料與連續纖維增強、非連續 (短纖維、晶須等)纖維增強鎂基復合材料相比，具有力學性能呈各向同性、制備工藝簡單、增強體價格低廉、易成型、易機械加工等特點，是目前最有可能實現低成本、規模化商業生產的鎂基復合材料

2. 纖維增強樹脂復合材料有哪幾類,各有什麼特點

纖維一般作為增強材料，樹脂作為基體，主要提高材料強度及抗沖擊強度。纖維和樹專脂復合：纖維屬通過樹脂容器浸漬後固化，有很多工藝：纏繞；人工；拉擠等工藝，主要是根據產品來確定工藝。
纖維增強樹脂使用樹脂主要有兩大類：熱固包括，環氧、酚醛、不飽和聚酯等等；熱塑包括，尼龍、聚乙烯、聚酯等等。所有都必須依據產品來定

3. 纖維增強的和顆粒增強的復合材料有什麼區別

以碳化物、氮化物、石墨等顆粒增強金屬或合金基體的金屬基復合材料專統稱.
一種較屬容易批量製造、加工、成形和成本較低的金屬基復合材料.也是研究發展較成熟的復合材料.
這類復合材料的組成范圍寬廣,可根據工作的工況要求選擇基體金屬和增強顆粒,常選用的顆粒有碳化硅、碳化鈦、碳化硼、碳化鎢、氧化鋁、氮化硅、硼化鈦、氮化硼及石墨等,顆粒的尺寸一般在3.5～10μm,也有選用

4. 什麼是纖維增強金屬基復合材料

金屬基復合材料
6.1金屬基復合材料的種類和基本性能
6.1.1金屬基復合材料的種類
1.按基本分類
（1）鋁基復合材料：良好的塑性和韌性，易加工性、工程可靠性及價格低廉等
（2）鎳基復合材料：高溫性能優良，有望成為燃汽輪機的葉片
（3）鈦基復合材料：高比強度，中溫強度較鋁基好，超音速戰斗機中用鈦合金做蒙皮，主要與硼纖維結合增強
（4）鎂基復合材料：比鋁基更輕，集超輕，高比強度，高比剛度於一體，是航空航天材料的優選材料（dmg=1.74, dAl=2.7）
還有鋅基、銅基、耐熱金屬基、金屬間化合物基等復合材料
2.按增強材料分類
（1）顆粒增強復合材料：增強相超過20%的彌散強化類型，其強度取決於顆粒的直徑、間距和體積比
（2）層狀復合材料：與纖維增強相比，它在平面各個方面上是增強的（二維增強，而不是一維增強）
（3）纖維增強復合材料：有長纖，短纖和晶須三種纖維，長纖亦可以一維纖維，二維布和三維網的方式存在。長纖維在基本中必須定向規整地存在，而短纖和晶須則是隨機任意不定向存在。
6.1.2金屬基復合材料中增強體的性質
金屬基復合材料的增強體主要是無機物和金屬。無機纖維有C纖維、B纖維、SiC, Al2O3、Si3N4纖維等。金屬纖維主要有鈹、鋼、不銹鋼和鎢纖維等。增強顆粒主要是無機非金屬顆粒，包括石墨、SiC, Al2O3、Si3N4、TiC、B3C3等。主要講述纖維增強體。
纖維增強體的基本要求：
A高強度，
B高模量，
C容易製造和價格低廉，
D化學穩定性好，
E纖維的尺寸和形狀: 大直徑圓纖維為好，
F性能的再現性與一致性，
G抗損傷或抗磨損性能
6.1.3金屬基復合材料的強度
纖維增強金屬基復合材料的縱向強度和橫向強度是不同的。
1. 縱向強度(圖6-1，P127)

臨界纖維體積比VF*
當弱纖維斷裂時，將引起三種重要的變化。1）由於破斷纖維失去強度，而使該處截面上的強度降低。2）破斷纖維裂紋周圍的靜應力集中會降低材料的有效強度。3）破斷纖維失去載荷時產生的動應力波會使復合材料受到沖擊，從而降低該處橫斷面上的瞬時承載能力。
2. 橫向強度
復合材料的橫向模量隨著增強材料的含量增加是增加的，但強度的變化是復雜的。因為材料總是在局部斷裂，這並不是平均強度可以衡量的，但總體上基本受纖維嚴重束縛，其斷裂強度理應比純基體材料大。
6.1.4復合材料組分的相容性
包括物理相容性和化學相容性，物理相容性和壓力變化、熱變化時材料的伸縮性能有關，相容性的要求是外部載荷能通過基本均勻傳遞到增強物上，基體上的應力不會增強體的局部過於集中化學相容性則與界面結合、界面化學反應及環境的化學反應有關。
6.2金屬基復合材料的製造工藝
雖然該類復合材料的工藝很多，大致有：粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、擠壓鑄造法、共噴沉積法、液態金屬浸潤法、液態金屬攪拌法、反應自生法等等，這些方法大多也尚在不斷發展之中，但其基本製造方法可歸納成幾個大類：固態法、液態法和自生成法及其它制備方法。
6.2.1固態法
基體和增強物均為固態。粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法等包括在此類。
6.2.2液態金屬法
基體處於液態時與增強物復合的方法
6.2.3自生成法和其它方法
在基體內部通過反應生成增強物質的方法
其它方法：如復合塗（鍍）法，將增強物細粒懸浮於鍍液中用電鍍或化學鍍形成復合層。
6.3鋁基復合材料
6.3.1顆粒（晶須）增強鋁基復合材料
增強材料晶須有：SiC,Al2O3,SiO2,BC4,TiC
性能：性能優異，增強顆粒價格低廉，應用前景廣闊，如SiC增強者：有良好的力學性能和耐磨性，拉伸強度和彈性模量都比基體高，且顆粒粒徑越小，顆粒含量越大，強度就越高。耐磨性亦然。
6.3.2纖維增強鋁基復合材料
增強纖維主要有B,C，SiC,Al2O3
1)BF/Al:硼纖維增強材料是最早研究和應用的，其高溫性能尤其突出，在500時的拉伸強度達到500MPa,這是鋁合金材料不可想像的。硼纖維比重：2.5-2.65.硼在鎢絲上化學氣相沉積得到纖維，表面還要加陶瓷塗層增加其抗氧化性能。
製造過程：纖維排列、復合材料組裝壓合和零件層壓。用易揮發的粘結劑將維粘一起並和鋁箔上一起熱壓。
2)C/Al復合材料：碳纖維有優異的力學性能，而價格較低。碳纖維的表面處理很關鍵，
3）SiCF/Al復合材料：特別的高溫抗氧化性能，能在較高溫度下與鋁復合。產品性能。有高的拉伸強度抗彎強度和優異的耐磨性能
4）短纖維增強鋁基復合材料
特點：增強體來源廣，價格低，成形性好，材料性能各向同性，可用傳統工藝成型加工。用氧化鋁和硅酸鋁增強鋁基合金其高溫強度明顯高於基體，彈性模量在室溫和高溫下都有較大的提高，熱膨脹系數小，耐磨性改善。
6.3.3 鋁基復合材料的應用
性能好，但價格昂貴，所以主要用作太空梭、人造衛星，空間站等的結構材料，其次用作導彈構件，自行車架，高爾夫球桿等體育用品上。其民用前景隨造價的降低會很廣泛。
6.4鎳基復合材料（TMCS）
其復合材料有望用於燃氣渦輪發動機的葉片，承受高溫和高負載。
以單晶氧化鋁（藍寶石）晶須和桿增強簡單鎳或鎳鉻合金是主要研究類型。
藍寶石與鎳在高溫下會發生化學反應，所以要進行表面處理，通常是在表面塗鎢。
製造方法主要是將纖維夾在金屬板之間進行熱壓。如熱壓法成功地製造了Al2O3-NiCr復合材料。其工藝是先在桿上塗Y2O3,再塗一層鎢，然後將桿夾在金屬板之間真空於1200℃加壓41.4MPa.
6.5鈦基復合材料（TMCS）
1）金屬鈦耐高溫、耐腐蝕，比重低（4.5g/cm3）,是高性能結構材料的首選材料
主要有顆粒增強和連續纖維增強兩大類.
如用碳化硅顆粒增強時，其硬度和剛度提高，常溫強度比基體有時有所降低，但高溫強度比基體好。
連續纖維復合鈦合金的難度很大，只能用固相復合，因鈦在高溫時易於與纖維反應。硼鈦復合材料是主要研究對象。為了解決鈦在高溫下與基體的反應性，也就是與纖維的相容性問題，提出如下方法：（1）最大限度減小反應的高速工藝；（2）最大限度減少反應的低溫工藝；（3）研究低活性的基體；（4）研製最大限度減小反應的塗層；（5）選擇具有較大反應容限的系列；（6）設計上盡量減小強度降低的影響。
2）應用：主要以用在航空航天用超高速發動機上為目的，但目前也有用在民用上，用作汽車材料和體育器材上。
6.6碳纖維增強金屬基復合材料
1）碳纖維和許多金屬缺乏相容性，目前相容性較好的有鋁鎂鎳鈷等，和鈦等其它金屬復合時會形成碳化物，故需進行表面處理。
2）碳纖維和某些材料復合會有特殊性質，如與銅，鋁和鉛等復合有高的強度，導電性，低摩擦性，低膨脹性（尺寸穩定性）等
3）與碳復合的金屬除鋁是主要的外，還有銅鎂鉛鋅錫鈹等。
4)Cf/Al:對纖維進行增強與鋁的潤濕性處理很關鍵。這樣在熱壓時能很好結合。塗敷金屬或非金屬層是可期待的改性方式。
5）Cf/Ni:電沉積熱壓是主要方法。但低壓時獲得的強度更高，原因是高壓損傷了纖維。

5. 什麼是纖維增強金屬復合材料

纖維增強復金屬復合材料制，是以金屬為基體的一種新型復合材料，所以也稱為金屬基復合材料。

由於金屬材料本身具有較高的強度和抗氧化性，因而其增強纖維的性能應大大超出金屬基體才能發揮復合材料的優越性。能滿足這種要求的纖維，現在僅有硼纖維、碳化硅纖維、晶須和金屬絲等。

6. 硼纖維鋁復合材料怎麼制備硼纖維

金屬基復合材料一般都在高溫下成形，因此要求作為增強材料的耐熱性要高。在纖維增強金屬中不能選用耐熱性低的玻璃纖維和有機纖維，而主要使用硼纖維、碳纖維、碳化硅纖維和氧化鋁纖維。基體金屬用得較多的是鋁、鎂、鈦及某些合金。

碳纖維是金屬基復合材料中應用最廣泛的增強材料碳纖維增強鋁具有耐高溫、耐熱疲勞、耐紫外線和耐潮濕等性能，適合於在航空、航天領域中做飛機的結構材料。硼纖維增強鋁也用於空間技術和軍事方面。

碳化硅纖維增強鋁比鋁輕10％，強度高10％，剛性高一倍，具有更好的化學穩定性、耐熱性和高溫抗氧化性。它們主要用於汽車工業和飛機製造業。用碳化硅纖維增強鈦做成的板材和管材已用來製造飛機垂尾、導彈殼體和空間部件。

7. 在纖維增強復合材料中，連續纖維增強和短纖維增強各有什麼特點

長纖維對設備磨損來較大源。材料對比：長纖維經加工後長短比大，增強明顯，纖熔性好，加工過程中摩擦熱大，因纖維過長材料變形量大。短纖維，易加工摩擦熱小，材料穩定性好，增加也不錯，但纖熔性差一些，可以加入份量更大。短纖維種類比長的還要多，不同的處理條件，長度，大小，強度，看你選有那一種了，在同等結果情況下短纖維貴300-600元每噸。

8. 簡述復合纖維材料的優點

復合材料有特性：

1、復合材料的比強度和比剛度較高。材料的強度除以密度稱為比強度；材料的剛度除以密度稱為比剛度。這兩個參量是衡量材料承載能力的重要指標。比強度和比剛度較高說明材料重量輕，而強度和剛度大。這是結構設計，特別是航空、航天結構設計對材料的重要要求。現代飛機、導彈和衛星等機體結構正逐漸擴大使用纖維增強復合材料的比例。

2、 復合材料的力學性能可以設計，即可以通過選擇合適的原材料和合理的鋪層形式，使復合材料構件或復合材料結構滿足使用要求。例如，在某種鋪層形式下，材料在一方向受拉而伸長時，在垂直於受拉的方向上材料也伸長，這與常用材料的性能完全不同。又如利用復合材料的耦合效應，在平板模上鋪層製作層板，加溫固化後，板就自動成為所需要的曲板或殼體。

3、復合材料的抗疲勞性能良好。一般金屬的疲勞強度為抗拉強度的40～50%，而某些復合材料可高達70～80%。復合材料的疲勞斷裂是從基體開始，逐漸擴展到纖維和基體的界面上，沒有突發性的變化。因此，復合材料在破壞前有預兆，可以檢查和補救。纖維復合材料還具有較好的抗聲振疲勞性能。用復合材料製成的直升飛機旋翼，其疲勞壽命比用金屬的長數倍。

4、復合材料的減振性能良好。纖維復合材料的纖維和基體界面的阻尼較大，因此具有較好的減振性能。用同形狀和同大小的兩種粱分別作振動試驗，碳纖維復合材料粱的振動衰減時間比輕金屬粱要短得多。

5、 復合材料通常都能耐高溫。在高溫下，用碳或硼纖維增強的金屬其強度和剛度都比原金屬的強度和剛度高很多。普通鋁合金在400℃時，彈性模量大幅度下降，強度也下降；而在同一溫度下，用碳纖維或硼纖維增強的鋁合金的強度和彈性模量基本不變。復合材料的熱導率一般都小，因而它的瞬時耐超高溫性能比較好。

6、復合材料的安全性好。在纖維增強復合材料的基體中有成千上萬根獨立的纖維。當用這種材料製成的構件超載，並有少量纖維斷裂時，載荷會迅速重新分配並傳遞到未破壞的纖維上，因此整個構件不至於在短時間內喪失承載能力。

復合材料的成型工藝簡單。纖維增強復合材料一般適合於整體成型，因而減少了零部件的數目，從而可減少設計計算工作量並有利於提高計算的准確性。另外，製作纖維增強復合材料部件的步驟是把纖維和基體粘結在一起，先用模具成型，而後加溫固化，在製作過程中基體由流體變為固體，不易在材料中造成微小裂紋，而且固化後殘余應力很小。

9. 玻璃纖維復合材料

玻璃纖維復合材料通常指：玻璃鋼。
玻璃鋼亦稱作GFRP，即纖維強化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其製品作增強材料的增強塑料，稱謂為玻璃纖維增強塑料，或稱謂玻璃鋼，注意與鋼化玻璃區別開來。由於所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。質輕而硬，不導電，性能穩定.機械強度高，回收利用少，耐腐蝕。可以代替鋼材製造機器零件和汽車、船舶外殼等。
玻璃鋼別名玻璃纖維增強塑料，俗稱FRP（Fiber Reinforced Plastics），即纖維增強復合塑料。根據採用的纖維不同分為玻璃纖維增強復合塑料（GFRP），碳纖維增強復合塑料（CFRP），硼纖維增強復合塑料等。它是以玻璃纖維及其製品（玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強材料，以合成樹脂作基體材料的一種復合材料。纖維增強復合材料是由增強纖維和基體組成。纖維（或晶須）的直徑很小，一般在10μm以下，缺陷較少又較小，斷裂應變約為千分之三十以內，是脆性材料，易損傷、斷裂和受到腐蝕。基體相對於纖維來說，強度、模量都要低很多，但可以經受住大的應變，往往具有粘彈性和彈塑性，是韌性材料。

10. 纖維增強陶瓷復合材料的優點有哪些

纖維增強復合材料
由增強纖維和基體組成。纖維(或晶須)的直徑很小，一般在l0μm以下，缺陷較少又小，斷裂應變不大於百分之三，是脆性材料。容易損傷、斷裂和受到腐蝕。
基體相對於纖維來說強度和模量要低得多但可經受較大的應變往往具有粘彈性和彈塑性是韌性材料。
纖維增強復合材料由纖維的長短可分為短纖維增強復合材料、長纖維復合材料和雜亂短纖維增強復合材料。纖維增強復合材料由於纖維和基體的不同品種很多如碳纖維增強環氧、硼纖維增強環氧、Kevlar纖維增強環氧、Kevlar纖維增強橡膠、玻璃纖維增強塑料、硼纖維增強鋁、石墨纖維增強鋁、碳纖維增強陶瓷、碳纖維增強碳和玻璃纖維增強水泥等。
纖維增強復合材料的性能體現在以下方面：
比強度高比剛度大成型工藝好材料性能可以設計抗疲勞性能好。破損安全性能好。多數增強纖維拉伸時的斷裂應變很小、疊層復合材料的層間剪切強度和層間拉伸強度很低、影響復合材料性能的因素很多會引起復合材料性能的較大變化、用硼纖維、碳纖維和碳化硅纖維等高性能纖維製成的樹脂基復合材料雖然某些性能很好但價格昂貴、纖維增強復合材料與傳統的金屬材料相比具有較高的強度和模量較低的密度、纖維增強復合材料還具有獨特的高阻尼性能因而能較好地吸收振動能量同時減少對相鄰結構件的影響
顆粒增強復合材料
顆粒增強體是用以改善復合材料的力學性能，提高斷裂功、耐磨性、硬度，增進耐蝕性的顆粒狀材料。如SiC、TiC、B4C、WC、Al2O3、MoS2、Si3N4、TiB2、BN、C、石墨~~~等
顆粒增強金屬基復合材料由於制備工藝簡單、成本較低微觀組織均勻、材料性能各向同性且可以採用傳統的金屬加工工藝進行二次加工等優點，已經成為金屬基復合材料領域最重要的研究方向。顆粒增強金屬基復合材料的主要基體有鋁、鎂鈦、銅和鐵等，其中鋁基復合材料發展最快；而鎂的密度更低，有更高的比強度、比剛度，而且具有良好的阻尼性能和電磁屏蔽等性能，鎂基復合材料正成為繼鋁基之後的又一具有競爭力的輕金屬基復合材料。鎂基復合材料因其密度小，且比鎂合金具有更高的比強度、比剛度、耐磨性和耐高溫性能，受到航空航天、汽車、機械及電子等高技術領域的重視。顆粒增強鎂基復合材料與連續纖維增強、非連續
(短纖維、晶須等)纖維增強鎂基復合材料相比，具有力學性能呈各向同性、制備工藝簡單、增強體價格低廉、易成型、易機械加工等特點，是目前最有可能實現低成本、規模化商業生產的鎂基復合材料