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陶瓷基复合材料比较理想的增强纤维

    高强度的炭纤维使用温度高,可很过1650℃,它是复合材料中较好的增强材料。但不经表面处理的炭纤维不耐高温氧化,与陶瓷基体相容性差,因此限制了在陶瓷基复合材料中的应用。
    目前的氧化物纤维一般为多晶纤维,高温下会发生再结晶,使其性能下降。如美国的多晶氧化铝基纤维在1000℃以上和500MPa应力下持久时间都不大于100h。而单晶纤维可避免这一问题。目前小直径的单晶氧化铝钎维的强度已达到4000MPa以上才会出现蠕变,是一种很有希望的氧化物纤维。
    (1) SiC纤维。SiC纤维是很好地兼顾了力学性能和热性能的纤维,有很好的横向性能。根据制备方法不同,直径有很大差别,化学组成不同(Si、C、O)性能,也在一定范围变化。在惰性气氛中,有很好的高温稳定性。在空气中,600℃时能很大程度保持其力学性能。分解温度为2830℃。SiC是半导体,有很好的导热性能。一些新研制的SiC纤维品种表现出更好的抗氧化和抗蠕变性能。具有Si-Ti-C-O和Si-Zr-C-O化学组成的纤维有更好的高温力学性能。密度为2.0~2.74/cm3。
    (2) Al2O3纤维。Al2O3纤维是抗高温氧化很出色的一类纤维,可在空气中1000℃条件下使用。在室温下承受负荷呈线性弹性行为,以脆性方式断裂,在1000℃以上发生塑料形变,力学性能下降。有很好的横向性能。密度为2.7~4.2g/cm3。高温蠕变是它不能取代SiC纤维的原因。
    (3)硼纤维。硼纤维是一个商品化的高强、高模陶瓷纤维。密度为2.34~2.6g/cm3。直径在100~200μm提供很好抗弯性能,但纤维的柔性不好。在空气中使用温度限于500℃,否则由于氧化力学性能明显下降。由于复合结构,硼纤维横向性能相对较低。熔点为2040℃。由于价格昂贵,在很多应用领域已被炭纤维取代。
    碳化硅由于具有高强、高模、抗高温氧化和吸波性能,因此是陶瓷基复合材料比较理想的增强纤维,在结构吸波体系中也有广泛的应用前景。

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