复合材料的增强材料碳纤维

1、2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维1 碳纤维碳纤维 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维2 2.1 概概 述述 （Carbon Fibre, CF或或Cf）的开发历史）的开发历史 可追溯到可追溯到19世纪末期世纪末期，美国科学家爱迪生发明的，美国科学家爱迪生发明的 白炽灯灯丝，而真正作为白炽灯灯丝，而真正作为有使用价值有使用价值并规模生产并规模生产 的碳纤维，则出现在的碳纤维，则出现在二十世纪二十世纪50年代末期年代末期。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维3 是由是由有机纤维有机纤维经经固相反应固相反应转变而成转变而成 的的纤维状聚合物碳纤维状聚合物碳，是一种非金属材料

2、。，是一种非金属材料。 不属于不属于有机纤维有机纤维范畴，但范畴，但从制备方法从制备方法 上上看，它又不同于看，它又不同于普通无机纤维普通无机纤维。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维4 2.2 碳纤维的特点碳纤维的特点 强度和模量高、密度小；强度和模量高、密度小； 具有很好的耐酸性；热膨胀系数小，甚至为负值具有很好的耐酸性；热膨胀系数小，甚至为负值 具有很好的耐高温蠕变性能，一般在具有很好的耐高温蠕变性能，一般在1900以上以上 才呈现出永久塑性变形。才呈现出永久塑性变形。 摩擦系数小、润滑性好、导电性高。摩擦系数小、润滑性好、导电性高。 碳纤维的缺点：碳纤维的缺点： 价格昂贵，比玻

3、璃纤维贵价格昂贵，比玻璃纤维贵25倍以上倍以上 抗氧化能力较差，在高温下有氧存在时会生成二抗氧化能力较差，在高温下有氧存在时会生成二 氧化碳。氧化碳。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维5 碳纤维具有碳纤维具有、 ； 好，除硝酸等少数强酸外，几乎好，除硝酸等少数强酸外，几乎 对所有药品均稳定；另外，碳纤维对对所有药品均稳定；另外，碳纤维对也稳定。也稳定。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维6 具有非常优良的具有非常优良的X射线透过性射线透过性，阻阻 止中子透过性止中子透过性，还可，还可赋予塑料赋予塑料以以和和。 以碳纤维为增强剂的复合材料以碳纤维为增强剂的复合材料具有具有 的特

4、性，是一种目前最受重视的高性能材料之的特性，是一种目前最受重视的高性能材料之 一。它在航空航天、军事、工业、体育器材等许多一。它在航空航天、军事、工业、体育器材等许多 方面有着广泛的用途。方面有着广泛的用途。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维7 2.4 碳纤维的结构模型碳纤维的结构模型 Polymer Matrix Composites，PMC 普通型普通型 高强度型高强度型 高弹性模量型高弹性模量型 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维8 (2)CFRP 2.5碳纤维增强聚合物基复合材料（碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP） CFRP在民用在民用飞机中的应用飞机中的应用 C

5、FRP在空间站大型结构在空间站大型结构 以及太阳能电池支架中的应用以及太阳能电池支架中的应用 8 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维9 可分为两种类型，可分为两种类型， 即即和和。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维10 天然纤维天然纤维、再生纤维再生纤维和和合成纤维合成纤维都可都可 用来制备用来制备。 制备制备时时，是是加热时加热时 不熔融不熔融，可牵伸可牵伸，且，且碳纤维产率高碳纤维产率高。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维11 制作碳纤维的制作碳纤维的有三种：有三种： 人造丝人造丝(粘胶纤维粘胶纤维)； 聚丙烯腈聚丙烯腈(PNN) 纤维；纤维； 沥青。沥青。 2

6、021-4-25复合材料的增强材料碳纤维12 用用人造丝人造丝、聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维、沥青沥青为为 原料生产的碳纤维各有其不同特点。原料生产的碳纤维各有其不同特点。 其中，制造其中，制造高强度高强度、高模量高模量碳纤维碳纤维 多选多选为原料。为原料。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维13 碳纤维是由有机纤维进行物理化学处 理而制得的。对有机纤维进行氧化、碳化、 石墨化等工艺处理，是通过几种化学反应 出去有机纤维中碳元素（C）以外的N 、 H 、 O的过程。包括脱水脱二氧化碳脱氨 脱氮脱腈等一系列反应过程，生成含有 HCN 、 N2 、 H2 、 CO2 、 CO 、 NH3等气

7、体，并将其移除。 经过这样的处理工艺后，最后最后的 碳产率只有4045%。但加热时间足够长时， 纤维产生吸氧作用，在分子间形成氧键结 构，吸氧量为810%。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维14 无论用哪一种无论用哪一种原丝纤维原丝纤维来制造碳纤维，来制造碳纤维， 都要经过都要经过： 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维15 以聚丙烯腈（以聚丙烯腈（PAN）为原料制造的碳纤维）为原料制造的碳纤维 预氧化：预氧化：200300的氧化气氛中，原丝受张力情况下的氧化气氛中，原丝受张力情况下 进行。进行。 PAN原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段：原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段： 20

8、21-4-25复合材料的增强材料碳纤维16 碳化碳化 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维17 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维18 由于各种反应的发生，由于各种反应的发生，PNA现为原来的取向被现为原来的取向被 破坏，分子链大量收缩，故要施加一定的牵伸获得破坏，分子链大量收缩，故要施加一定的牵伸获得 在高温下平行于纤维轴高度取向的在高温下平行于纤维轴高度取向的PNA纤维环化结纤维环化结 构。构。 即，纤维的分子链被拉直并平行于纤维轴取向，即，纤维的分子链被拉直并平行于纤维轴取向， 当当PNA纤维转化为碳纤维后，分子仍能保持取向状纤维转化为碳纤维后，分子仍能保持取向状 态，纤维

9、碳化过程的化学反应形成聚合体中态，纤维碳化过程的化学反应形成聚合体中-CN相相 互交联，产生成晶态的六圆环结构。互交联，产生成晶态的六圆环结构。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维19 3 芳纶纤维芳纶纤维 高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度 芳香族聚酰胺类纤维的通称，国外商芳香族聚酰胺类纤维的通称，国外商 品牌号为凯芙拉品牌号为凯芙拉 (Kevlar) 纤维纤维 (美国杜邦美国杜邦 公司公司1968年开始研究，年开始研究，1973年研制成功年研制成功)， 我国命名为芳纶纤维。我国命名为芳纶纤维。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维20

10、 （1）不熔融）不熔融 （2）高温能保持高强度与高弹性模量）高温能保持高强度与高弹性模量 （3）耐热、不易燃烧）耐热、不易燃烧 （4）尺寸稳定、几乎不发生蠕变）尺寸稳定、几乎不发生蠕变 （5）耐药性好，在有机溶剂及油中性能不下降）耐药性好，在有机溶剂及油中性能不下降 （6）耐疲劳性，耐磨性好）耐疲劳性，耐磨性好 （7）对放射性线的抵抗性大）对放射性线的抵抗性大 （8）非导电、且诱电性能优越）非导电、且诱电性能优越 （9）与无机纤维相比振动吸收性好、减衰速度快）与无机纤维相比振动吸收性好、减衰速度快 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维21 (1) 压缩性差，压缩强度仅有不到拉压缩性差，压

11、缩强度仅有不到拉 伸强度的伸强度的1/5。 (2) 紫外线照射时强度大幅下降。紫外线照射时强度大幅下降。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维22 芳纶纤维是苯二甲酰与苯二胺的聚合体，芳纶纤维是苯二甲酰与苯二胺的聚合体， 经溶解转为经溶解转为液晶液晶纺丝而成。纺丝而成。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维23 硼纤维（硼纤维（Boron Fibre,BF或或Bf）是一种将硼）是一种将硼 元素通过元素通过沉积在沉积在钨丝表面钨丝表面制成的制成的 高性能增强纤维。它具有很高的高性能增强纤维。它具有很高的和和， 也是制造也是制造金属复合材料金属复合材料最早采用的高性能纤维。最早采用的高

12、性能纤维。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维24 通用的制备方法是在加热的钨丝表面通过化学反应 沉积硼层。 硼纤维的直径有100m、140m、200m几种。 硼纤维的特点 硼纤维具有很高的弹性模量和强度，但其性能受沉 积条件和纤维直径的影响，硼纤维的密度为 2.42.65g/cm3，拉伸强度为3.25.2GPa，弹性模量 为350400GPa。 硼纤维具有耐高温和耐中子辐射性能。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维25 硼纤维的缺点 工艺复杂，不易大量生产，其价格昂贵。 由于钨丝的密度大，硼纤维的密度也大。 目前已研究用碳纤维代替钨丝，以降低成本和密度， 结果表明，碳心硼纤维

13、比钨丝硼纤维强度下降5%， 但成本降低25%。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维26 硼纤维在常温为较惰性物质，但在高温下易与硼纤维在常温为较惰性物质，但在高温下易与 金属反应，因此需在表面沉积金属反应，因此需在表面沉积SiC层，称之为层，称之为Bosic 纤维。纤维。 硼纤维主要用于聚合物基和金属基复合材料。硼纤维主要用于聚合物基和金属基复合材料。 工艺复杂，不易大量生产，其价格昂贵。工艺复杂，不易大量生产，其价格昂贵。 由于钨丝的密度大，硼纤维的密度也大。由于钨丝的密度大，硼纤维的密度也大。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维27 硼纤维具有很高的硼纤维具有很高的和和，但

14、其，但其 性能受性能受沉积条件和纤维直径沉积条件和纤维直径的影响。的影响。 硼纤维的硼纤维的为为2.4 2.65 g / cm3， 为为3.2 5.2 GPa，为为350 400 GPa。 硼纤维的优点硼纤维的优点 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维28 在空气中的在空气中的随温度升高而随温度升高而 降低降低。 在在200 左右左右硼纤维性能硼纤维性能基本不变基本不变；而；而在在 315 、1000小时硼纤维强度将小时硼纤维强度将损失损失70；而；而 加热到加热到650 时时硼纤维强度将硼纤维强度将完全丧失完全丧失。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维29 硼纤维的硼纤维的比比

15、高，高， 其平均其平均为为310 MPa， 为为420 GPa。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维30 在室温下在室温下，硼纤维的，硼纤维的，但，但 ，不需要处理不需要处理就能与树脂进行就能与树脂进行 复合，而且所制得的复合材料具有复合，而且所制得的复合材料具有较高的层较高的层 间剪切强度间剪切强度 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维31 目前已研究用目前已研究用代替代替，以降，以降 低成本和密度。低成本和密度。 结果表明，结果表明，比比 强度下降强度下降 5%，但成本降低，但成本降低 25%。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维32 在常温下在常温下为为，但，但在高

16、温下在高温下易易 与金属反应。与金属反应。 因此，需在表面因此，需在表面，称之为，称之为Bosic纤维。纤维。 硼纤维主要用于硼纤维主要用于和和。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维33 硼纤维增强铝基复合材料用于航天飞机主舱体支柱硼纤维增强铝基复合材料用于航天飞机主舱体支柱 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维34 用用制成的航天飞机制成的航天飞机主舱框架主舱框架 、，代替，代替铝合金骨架铝合金骨架节省重量节省重量44， 取得了十分显著的效果，也有力地促进了取得了十分显著的效果，也有力地促进了硼纤维硼纤维 金属基复合材料金属基复合材料的发展。的发展。 2021-4-25复合材料

17、的增强材料碳纤维35 1959年美国年美国TELLY首先发表了用首先发表了用 制造制造高性能硼纤维高性能硼纤维的论文，并受到了的论文，并受到了美国空军美国空军 材料实验室材料实验室的高度重视，积极推进的高度重视，积极推进 。美国。美国AVCO、TEXFROU公司是硼纤公司是硼纤 维的主要生产厂家。维的主要生产厂家。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维36 现在硼纤维现在硼纤维通用的制备方法通用的制备方法是是在加热的在加热的 钨丝表面钨丝表面通过通过硼层。硼层。 硼纤维的硼纤维的有有100m、140m、200m 几种。几种。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维37 具有良好的具有

18、良好的、 、。 硼纤维具有硼纤维具有性能。性能。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维38 以以为为主要纤维组分主要纤维组分的陶瓷纤维的陶瓷纤维 统称为氧化铝纤维统称为氧化铝纤维( Aluminia Fibre, AF或或 ( Al2O3 )f )。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维39 氧化铝纤维 Aluminia Fibre，AF 多晶连续纤维，除Al2O3外常含有约15%的SiO2。 优点：具有优良的耐热性和抗氧化性，直到370 强度仍下降不大。 缺点：在所有纤维中密度最大。 用途：主要用于金属基复合材料。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维40 通常情况下，将通

19、常情况下，将氧化铝含量大于氧化铝含量大于70的的 纤维相称为纤维相称为； 将将氧化铝含量小于氧化铝含量小于70，其余为，其余为二氧化二氧化 硅和少量杂质硅和少量杂质的纤维称为的纤维称为。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维41 (1) ，在空气中加热到，在空气中加热到1250 还保持室温强度的还保持室温强度的90%，碳纤维碳纤维通常在通常在400 以上就氧化燃烧。以上就氧化燃烧。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维42 (2) ，可与金属很好地复合。，可与金属很好地复合。 (3)，不需要进行表面处理，即能，不需要进行表面处理，即能 与树肥和金属复合。与树肥和金属复合。 (4)具

20、有极佳的具有极佳的和和，尤其，尤其 在高温条件这些性能更为突出。在高温条件这些性能更为突出。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维43 (5)用氧化铝增强的复合材料用氧化铝增强的复合材料具有优良的具有优良的 ，压缩强度比，压缩强度比GFRP高，是高，是GFRP的三倍以上，的三倍以上， 耐疲劳强度高，经耐疲劳强度高，经107次次重复交变加载重复交变加载后，强度不后，强度不 低于静强度的低于静强度的70。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维44 (6)、。 与玻璃钢相比，它的介电常数和损耗值与玻璃钢相比，它的介电常数和损耗值 小，且随频率的变化小，电波透过性更好。小，且随频率的变化小

21、，电波透过性更好。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维45 针对上述特点，氧化铝纤维适合于制造既需针对上述特点，氧化铝纤维适合于制造既需 要要又需要又需要的结构件。的结构件。 用它制作用它制作雷达天线罩雷达天线罩，其刚性比玻璃钢高，其刚性比玻璃钢高， 透电波性能好，耐高温。透电波性能好，耐高温。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维46 若用若用氧化铝纤维的复合材料氧化铝纤维的复合材料制制，则有，则有 可能不开天线窗，将天线装在弹内。可能不开天线窗，将天线装在弹内。 目前，目前，正处于正处于开发阶段开发阶段， 不久的将来将在不久的将来将在航空航空、航天航天、卫星卫星、交通交通和和

22、能源能源等等 部门得到广泛应用。部门得到广泛应用。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维47 氧化铝纤维氧化铝纤维是是， 约为约为3.20 g / cm 3，是纤维中最大的一种。，是纤维中最大的一种。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维48 碳化硅纤维（碳化硅纤维（Silicon Carbide Fibre， SF或或SiCf）是以）是以的一种的一种 陶瓷纤维。陶瓷纤维。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维49 SiC纤维是纤维是纤维，有良纤维，有良 好的好的、和和。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维50 以在日本碳公司进行中试生产，产品名以在日本碳公司进行中试

23、生产，产品名 称称为代表，其主要性能如下表所示：为代表，其主要性能如下表所示： 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维51 尼卡纶的一般性质尼卡纶的一般性质 从表中可看出，从表中可看出，的强度与韧性接近于的强度与韧性接近于 硼纤维。硼纤维。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维52 具有优良的具有优良的，在在1000 以下以下，其力学性能（拉伸强度和弹性模量）基本，其力学性能（拉伸强度和弹性模量）基本 上不变，可长期使用。上不变，可长期使用。 当当温度超过温度超过1300时，其性能才开始下降。时，其性能才开始下降。 因此，相比于碳纤维和硼纤维，因此，相比于碳纤维和硼纤维，具有具有 更

24、好的更好的，是一种较好的耐高温材料。，是一种较好的耐高温材料。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维53 具有良好的具有良好的，在，在80 下耐强酸下耐强酸(HCl、H2SO4、HNO3)； 用用30NaOH浸蚀浸蚀20小时后，纤维仅失重小时后，纤维仅失重1 以下，其力学性能仍不变。以下，其力学性能仍不变。 与全属在与全属在1000以下也不发生反以下也不发生反 应，而且有很好的浸润性，有益于金属的复合。应，而且有很好的浸润性，有益于金属的复合。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维54 在通量为在通量为3.2 10 10中子中子/秒的秒的 辐照辐照1.5小时或以能量为小时或以能量为

25、105中子伏特中子伏特，200纳纳 秒的强脉冲秒的强脉冲 射线照射下，碳化硅纤维射线照射下，碳化硅纤维均无明均无明 显降低。显降低。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维55 此外，此外，SiC纤维还具有纤维还具有， 与与好，常用于金属基和陶瓷好，常用于金属基和陶瓷 基复合材料。基复合材料。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维56 由于碳化硅纤维具有由于碳化硅纤维具有、 、的的三耐性能三耐性能，是一种耐热的，是一种耐热的 理想材料。理想材料。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维57 用用编织成双向和三向编织成双向和三向，巳，巳 用于高温的传送带、过滤材料，如汽车的废气用于

26、高温的传送带、过滤材料，如汽车的废气 过滤器等。过滤器等。 已应用于已应用于喷气发动机涡轮喷气发动机涡轮 叶片叶片、飞机螺旋桨飞机螺旋桨等受力部件。等受力部件。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维58 在军事上，在军事上，用于大口径军用步枪用于大口径军用步枪 金属基复合枪筒套管金属基复合枪筒套管，M-1作战坦克履带、火箭作战坦克履带、火箭 推进剂传送系统，先进战术战斗机的推进剂传送系统，先进战术战斗机的垂直安定面垂直安定面， 导弹尾部，火箭发动机导弹尾部，火箭发动机外壳外壳，鱼雷壳体鱼雷壳体等。等。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维59 A、化学气相沉积法（法）、化学气相沉积

27、法（法） B、烧结法、烧结法(有机聚合物转化法有机聚合物转化法) 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维60 化学气相沉积法化学气相沉积法生产的生产的是直径为是直径为 95-140 um的单丝；的单丝； 烧结法烧结法生产的生产的是直径为是直径为10 um的的 细纤维，一般由细纤维，一般由500根纤维组成的丝束为商品。根纤维组成的丝束为商品。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维61 的主要生产国是美、日两国。的主要生产国是美、日两国。 美国美国Texton公司是公司是的主要生产厂。的主要生产厂。 碳化硅纤维的碳化硅纤维的系列产品系列产品是是SCS2，SCS6等，并研究等，并研究 发展

28、发展碳化硅纤维增强铝、钛基复合材料碳化硅纤维增强铝、钛基复合材料。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维62 日本碳公司日本碳公司是利用是利用生产生产碳化硅纤维碳化硅纤维 的主要厂家，系列商品名为的主要厂家，系列商品名为Nicalon纤维。纤维。 80年代末，日本又发展了年代末，日本又发展了。 虽有其性能特点，但虽有其性能特点，但，应，应 用尚未广泛。用尚未广泛。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维63 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维64 各种纤维各种纤维在拉伸断裂前在拉伸断裂前 ，如下图所示的纤维的，如下图所示的纤维的曲线。曲线。 2021-4-25复合材料的增强材

29、料碳纤维65 拉伸应变，拉伸应变，% 拉伸应力拉伸应力, GPa 各种纤维的应力各种纤维的应力-应变曲线应变曲线 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维66 从从拉断后拉断后观察发现，仅观察发现，仅 Kevlar-49纤维呈纤维呈，断裂前断裂前纤维有明显纤维有明显 的的，并在发生，并在发生很大的局部伸长后很大的局部伸长后才最终断裂才最终断裂 和和几乎就是理想的几乎就是理想的， 断裂时不发生截面积的缩小。断裂时不发生截面积的缩小。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维67 和和是纤维性能的一个重是纤维性能的一个重 要指标。下图给出了各种纤维比强度和比要指标。下图给出了各种纤维比强度和比

30、 模量全图。模量全图。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维68 比强度，比强度，MPa / ( g / cm 3 ) 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维69 纤维的纤维的与与有关。有关。 一般来讲，材料的熔点越高，热稳定性就越好。一般来讲，材料的熔点越高，热稳定性就越好。 在在没有空气和氧气的条件没有空气和氧气的条件下，下，具有非常好的具有非常好的 。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维70 尽管块状玻璃的尽管块状玻璃的软化温度软化温度为为850 ，但当温，但当温 度高于度高于250 时，时，E玻璃纤维的玻璃纤维的就开始就开始 迅速下降。迅速下降。 玻璃纤维玻璃纤维的的

31、高于高于Kevlar49纤维纤维。在。在 受到太阳光照射时，受到太阳光照射时，Kevlar纤维产生严重的光致纤维产生严重的光致 劣化，使纤维变色，机械性能下降。劣化，使纤维变色，机械性能下降。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维71 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维72 （Whiskers）是在人工控制条件下，）是在人工控制条件下， 以单晶形式以单晶形式生长成的一种纤维。生长成的一种纤维。 的直径一般为几微米，长几十微米，的直径一般为几微米，长几十微米， 是一种是一种无缺陷的理想完整晶体无缺陷的理想完整晶体。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维73 由于晶须的由于晶须

32、的，所以，所以不适合不适合 容纳容纳在大晶体中常出现的在大晶体中常出现的，因而，因而 近年来，晶须作为一种新型增强材料近年来，晶须作为一种新型增强材料 倍受青睐。倍受青睐。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维74 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维75 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维76 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维77 自自1948年美国年美国贝尔电话公司贝尔电话公司的科学家首的科学家首 次发现晶须以来，迄今为止，材料学家们已次发现晶须以来，迄今为止，材料学家们已 研究开发出了研究开发出了上百种晶须上百种晶须，有，有、 、以及以及等多种等多种 晶须。

33、晶须。 但是，已经得到但是，已经得到实际应用实际应用并开始并开始工业化工业化 生产生产的晶须只有几种。的晶须只有几种。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维78 从大的方面来看，从大的方面来看，分为分为和和 两类，用作两类，用作增强材料增强材料的主要是的主要是 。 的的直径直径只有几个微米，长度一只有几个微米，长度一 般为几厘米，般为几厘米，断面断面多呈多角状。多呈多角状。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维79 陶瓷晶须的基本性能如下表所示：陶瓷晶须的基本性能如下表所示： 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维80 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维81 2021-

34、4-25复合材料的增强材料碳纤维82 主要有主要有Ni、Fe、Cu、Si、 Ag、Ti、Cd等；等； 主要有主要有MgO、ZnO、 BeO、Al2O3、TiO2、Y2O3、Cr2O3等。等。 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维83 主要是主要是SiC、TiC、 ZrC、WC、B4C等。等。 主要有主要有TiB2、ZrB2、TaB2、CrB、 NbB2等等 主要有如主要有如K2Ti6O13和和Al18B4O33 2021-4-25复合材料的增强材料碳纤维84 具有实用价值的具有实用价值的约为约为1 10m， 在在51000之间。之间。 实际上，晶须是含实际上，晶须是含的的单晶短纤单晶短纤 维维，其，其拉伸强度拉伸强度接近其接近其纯晶体的理论强度纯晶体的理论强度。 202