1、第三章 增强材料(Reinforcements, reinforcing materials),1,增强材料概述 定义、分类、结构类型、选择增强材料的原则几类常用的增强材料 纤维、晶须、颗粒 制备方法、特性、应用,主要内容,2,一、增强材料概述,结合在基体内、用以提高基体力学等性能的高强度材料，称为增强材料(reinforcements )，也称为增强体、增强相、增强剂等。增强材料就象树木中的纤维、混凝土中的钢筋一样，是复合材料的重要组成部分，并起到非常重要的作用。,1、定义：,3,2、分类：,4,3、增强材料的结构类型：,增强材料在复合材料中的分布形式：分散状增强结构单向增强结构层状增强结构
2、网络状增强结构,5,颗粒增强型,非连续纤维增强型,连续纤维增强型,板状增强型,分散状增强结构,B4C原位增强ZrCN陶瓷基复合材料,含有原位生成的短纤维、晶须、颗粒XDMMC的显微组织结构,也称为不连续增强复合材料的结构，即增强材料在基体中呈分散状，主要是短纤维、颗粒、晶须。,6,单向增强结构,指增强材料一维平行排列分布在基体中。,钨纤维（丝）单向增强高温合金显微组织,7,层状增强结构,增强材料以织物方式增强，或双向正交、或铺层方式分布在复合材料基体中。,SiCf/Al2O3原位生成陶瓷基复合材料,喷涂法制备的Al2O3与高温合金复合的层状复合材料,8,网络状增强结构一般通过编织方式将纤维编织
3、成三维预制体，但各个方向的纤维含量可以相同或不同。,网络状增强结构,三维正交增强结构,9,基本特性高强度、高模量、低密度、耐热性、耐磨性等；增强材料与基体材料的相容性浸润性、弹性匹配（弹性模量）、热匹配（热膨胀系数）、互溶性等；高化学稳定性优良的性能再现性和一致性增强材料的形状、尺寸容易制造，性能/价格比。,4、增强材料的选择原则：,对结构复合材料，首先考虑的是增强材料的强度、模量和密度。 增强体与基体相容性主要反映界面作用和影响。,10,二、纤 维（fiber）,重点介绍：有机纤维：Kevlar纤维，聚乙烯纤维，尼龙无机纤维：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、SiC纤维、Al2O3纤维,11,碳纤维
4、属于高新技术产品，它不仅具有碳素材料的特性，如质量轻，强度高（7GPa），耐热，耐腐蚀，而且具有金属的特性，如导电性。具有低热膨胀、高导热、耐磨、耐高温等优异性能，是一种很有发展前景的高性能纤维。碳纤维的大量和广泛应用与其价格的不断降低有关。随着生产规模的扩大、其价格由原来的数千元/kg，降至数百元/kg。碳纤维可以进行编织成各种碳纤维布，或制成碳纤维毡使用。,1、碳纤维（Carbon fiber, CF）,(1)、引言,12,(2)、碳纤维分类,13,低性能级碳纤维,高性能级碳纤维,强度,模量,中强型(MT),高强型(HT),超高强型(UHT),中模型(IM),高模型(HM),超高模型(UH
5、M),最早使用的是人造丝炭化而成的碳纤维，性能较差，强度、模量均低，但耐烧蚀性能好，制造运载火箭头部的耐烧蚀部件。1959年日本首先发明了用聚丙烯腈纤维(PAN)制取碳纤维的方法；在60年代，对PAN原丝组成及纺丝条件作了系统研究，制得质量稳定的高性能碳纤维；在70年代得到高速发展；80年代技术更加完善，强度与模量均有明显提高，并发展出不同性能的系列产品。我国于60年代初开始研究PAN基碳纤维，70年代由国家统一组织，协同攻关取得较大进展。目前碳纤维的生产规模小，产量低，产品品种单一，性能（强度、模量、密度）均低于国外同类产品，关键性产品所需碳纤维仍严重依赖进口。,PAN基碳纤维（PANCF）
6、,14,与PANCF相比，沥青基碳纤维（PitchCF)发展较为缓慢。1963年日本以沥青为原料成功地研制了碳纤维，1970年日本吴羽化学公司建成每月10t规模通用级碳纤维，1976年美国联合炭化物公司从沥青得到高性能碳纤维，建成230t规模装置，但由于技术难度大，其开发受阻。1985年日本在这方面有了新的突破性进展，三菱化成公司建成年产500t高性能沥青基碳纤维装置，这标志着沥青基碳纤维已处于向工业化过渡的新阶段。,沥青基碳纤维,发展历史：,15,沥青基碳纤维根据前驱体分为石油沥青碳纤维与煤沥青碳纤维。煤沥青碳纤维虽价格低、但强度更低。目前应用主要是石油沥青碳纤维。沥青碳纤维主要应用在宇航领
7、域制作高模量、不变形的构件，模量达620850GPa，强度约36003800MPa。另外，也用于各种轴辊、船桅、舱体以及桥梁、建筑物修补等，模量约350550GPa，强度20003000MPa。,种类和用途：,沥青基碳纤维,16,(3)、碳纤维的制备PAN碳纤维,17,交联、环化、氧化、脱氢,交联、环化、缩聚,PAN是制造碳纤维最主要和最有前途的原丝，成品率高、工艺简单、成本低,空气氧化法制备PAN基碳纤维流程示意图,提高模量600GPa,沥青基碳纤维流程示意图,碳纤维的制备沥青碳纤维,18,成本最低石墨化处理后具有很高的模量,(4)、碳纤维的结构,19,碳纤维微观结构主要为乱层结构，石墨片层
8、排列方向与原丝轴向平行。人造丝基碳纤维，除纤维表面碳层排列稍整齐外，基本为乱层结构； PAN基碳原子层排列相对整齐，但石墨微晶尺寸相对较大；而经石墨化处理后的沥青基碳纤维，碳原子层排列整齐，接近理想石墨的结构。,PAN基碳纤维日本东丽（TORAY)公司生产的PAN基碳纤维的型号与性能,由70年代初的T200、T300和M40发展到当前的4大系列十几个品种，特别是T800、T1000高强度产品代表当今世界的发展水平。,(5)、碳纤维的性能,20,(5.1)、碳纤维的力学性能, PAN基碳纤维性能美国阿莫科（AMOCO）公司PAN基碳纤维产品牌号及性能,21, 沥青基碳纤维的性能 日本三菱化成公司
9、PitchCF产品牌号及性能,美国Amoco公司PitchCF产品牌号及性能,22,(5.2)、碳纤维的物理性能,23,密度小：1.52.0 g/cm3之间，石墨化程度越高，密度越大；热膨胀系数小：轴向(-1.5-0.5) 10-6/K 横向（5.58.4） 10-6/K导热率：轴向16.74W /(mK) 横向0.837 W /(mK)导电性好：高模量CF比电阻755cm 高强度CF比电阻1500cm,拉伸强度高，7GPa；弹性模量900GPa；,(5.3)、碳纤维的化学性能,24,抗氧化性好：除能被强氧化剂氧化外，对一般酸碱是惰性的。在空气中，温度高于400时出现明显的氧化，生成CO和CO
10、2；耐热性：在不接触空气和氧化气氛时，惰性气氛中热稳定性高(2000还能承载)，在空气中400开始下降；耐油、抗放射、吸收有毒气体等,(6)、碳纤维的应用,做为高性能增强纤维，应用在各类复合材料中（PMC、MMC、CMC和C/C），广泛应用于航空航天、军事：航空器的主承力结构材料，如主翼、尾翼、机体；C/C刹车片；防热及结构材料：火箭喷嘴、防热层；卫星天线、太阳能翼片底板，等等；交通运输；汽车车体、传动轴、底盘等；快艇、巡逻艇等；体育用品：网球、羽毛球球拍；棒球杆、高尔夫球杆；自行车；滑雪板等；生物材料、医疗器具等各行各业。,25,2、硼纤维（Boron fiber, BF）,(1)、引言,硼
11、纤维是由美国最早开发、且最早应用于MMC的高强、高模的陶瓷纤维。早在上世纪60年代， B纤维增强铝用于航天飞机的主舱中，使航天飞机减重达44% 。我国在70年代初开始研制，但仍处于实验室阶段。,26,(2)、硼纤维的结构,B纤维表面呈鱼鳞或玉米粒状，沉积B为无定形的非晶结构，但也有人认为是微晶结构，晶粒尺寸为500nm左右。,27,硼纤维的表面形貌,硼纤维的断面形貌,(3)、硼纤维的制备,B纤维是采用化学气相沉积法，B沉积在钨(W)芯或碳(C)芯上。因此分为W芯与C芯B纤维。,28,将所需金属或非金属的化合物盐（主要为挥发性卤化物）气化，与H2等气体一起加热，并与原丝接触。由于热分解或还原反应
12、，使金属或化合物在原丝上析出。该过程成为化学气相沉积，或CVD（Chemical Vapor Deposition）。,B是经BCl3气体与H2气体经高温（1350）气相反应生成： 2BCl3（g）3H2（g） 2B（s）6HCl（g）,制备工艺参数：,W芯的表面质量W丝表面缺陷会引起纤维表面缺陷H2和BCl3气体的混合比影响沉积速度反应气体的流量影响沉积速度W丝通过沉积室速度控制B纤维直径,29,制备工艺参数：,反应温度：W芯B纤维，反应温度在11001350之间，并随W丝长度变化而变化。温度过低，沉积速度慢，不均匀；温度过高，沉积B形成粗大节瘤状表面，严重降低纤维强度。反应气体的利用率仅2
13、，因此未反应气体的回收很重要，需要经-80 冷凝回收。因此，B纤维的生产成本极高，价格昂贵，约数百美元/kg，不利于B纤维的推广应用。,30,(4)、硼纤维的后处理,1）化学处理除去纤维表面缺陷，可采用化学溶剂浸蚀或抛光。2）表面处理 在与某些金属（如钛及钛合金）复合时会产生界面反应，改善B纤维的抗氧化性，同时也还起优化界面的作用。 SiC涂层；B4C涂层；采用CVD法沉积涂层，主要用于B纤维增强Ti复合材料。,31,(5)、硼纤维的性能：,32,密度为2.42.6 g/cm3，与玻璃纤维相当，比CVD-SiC纤维低30。拉伸强度为3.45.2GPa,模量则达400GPa,为玻璃纤维的46倍，
14、具有很高的比模量和比强度。膨胀系数小：1.5 10-6/K。,(6)、硼纤维的应用：,33,CVD(化学气相沉积)法使用钨芯或碳芯采用CVD法制备出SiC纤维，美国Texton公司商品名SCS-2、SCS-6、 SCS-8等，以及英国的Sigma11140+。该方法生产的碳化硅纤维的密度为3.5 g/cm3，性能高强、高模，抗拉强度为2.23.9GPa，模量为415 GPa，直径为100、140m，柔软性也差。先驱体转化法日本矢岛教授首先研制成功。将有机硅聚合物转化成聚碳硅烷纺丝，然后烧结制备SiC纤维。后由日本炭素公司生产的这种SiC纤维称为Nicolon（尼可纶），也称为纺丝SiC纤维。因
15、不含芯材，其密度仅为2.55 g/cm3，抗拉强度为2.53.0GPa，模量为250GPa，其单丝直径为1015 m，柔软性好，可以编织。,3、碳化硅(SiC)纤维（Silicon carbide fiber, SiCf）,(1)、SiC纤维的制备,34,1)、CVD(化学气相沉积)法 W芯,35,沉积室(SiC)通H2+Ar+ CH3SiCl3 的混合气;涂层室通入Ar+C2H2的混合气,CH3SiCl3 (g)+H2(g)SiC(s)+HCl(g),先驱体转化法（Nicalon纤维）：,Nicalon纤维制备中的关键环节：聚碳硅烷的合成熔融纺丝不熔化处理高温烧成,36,(2)、SiC纤维的
16、性能,高强度、高模量、低密度高抗热性，在氧化气氛中也可使用，1000 以下使用力学性能基本不变优越的耐腐蚀性能，1000 以下几乎与金属不发生反应与金属的相容性好，浸润性良好具有半导体特性，高温下电导率可以被控制。,37,(3)、SiC纤维的应用,38,SiC纤维具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐辐射性能，编织成织物已用于高温度传送带、过滤材料，如汽车的废气过滤器等。SiC长纤维PMC、MMC和CMC常用的陶瓷增强纤维。SiC纤维增强聚合物基复合材料可以吸收或透过雷达波，可以用作雷达天线罩，导弹等隐身结构材料。SiC纤维增强复合材料已应用于喷气发动机涡轮叶片、飞机螺旋桨等受力部件的主动轴等。,Al2
17、O3纤维类型与其制备工艺有关。按结构分，主要有三类：单晶型（Tyco法），如早期使用的-Al2O3单晶蓝宝石纤维，价格非常昂贵。 多晶型，Dupont生产的FP纤维，属 -Al2O3多晶纤维。混合型，有美国ICI公司Saffil短纤维，含 -Al2O3 /SiO2；美国3M公司的Nextel系列纤维，含Al2O3/SiO2/B2O3；日本住友公司的Sumica纤维，含Al2O3/ SiO2 。,4、Al2O3纤维（Alumina fiber）,(1)、Al2O3纤维的类型及特点,39,(2)、FP-Al2O3纤维,FP-Al2O3纤维由Dupont公司在上世纪80年代初研制开发的连续长含99
18、以上-Al2O3多晶纤维束，单丝直径为20 m ，一束FP纤维约含有210根单丝。FP纤维的制备方法独特，是采用浆体纺丝烧结成FP纤维。至今，其他国家还没有开发出能含99以上-Al2O3纤维。FP-Al2O3纤维主要用于金属基复合材料，如Al、Mg基复合材料。也可用于聚合物基复合材料，如环氧（EP）树脂或聚酰亚胺（PI）树脂基复合材料。还可用于玻璃和陶瓷基复合材料。,40,FP-Al2O3纤维的制备工艺：,主要分为三个步骤：1.纺丝浆料的准备： 通过三种原料配比的控制，得到泥浆混合液，然后除水来控制浆料的粘度，以保证浆料的可纺性。2.纺丝：采用干法纺丝3.纤维的烧成： 烧结过程分为两部分，首先
19、为低温焙烧，以控制纤维的收缩量。然后经高温火焰焙烧，以获得高致密性的FP纤维。纺丝添加物在烧结过程中完全去除，以保证获得基本纯净的-Al2O3多晶纤维。,41,FP-Al2O3纤维的表面处理：,为了提高FP-Al2O3纤维的强度，以及与金属基体的润湿性，往往在纤维的表面上涂覆一层厚度仅0.5m 的SiO2涂层。这样就获得了SiO2涂覆的FP -Al2O3纤维。经SiO2涂覆的FP -Al2O3纤维要比未涂覆的强度提高了约50。,42,混合型Al2O3纤维及其性能：,Saffil短纤维：美国ICI公司采用纺丝法经高温烧结的短纤维。主要组成含9697-Al2O334SiO2，密度3.33.5 g/
20、cm3 ，直径3 m ，长1300mm。是短纤维增强金属基复合材料的主要增强材料。 Nextel系列纤维：由美国3M公司制备的含62- Al2O324SiO214B2O3,密度3.1 3.25 g/cm3，直径1017 m 。 Sumica纤维，由日本住友公司采用有机铝化物或有机铝化物与一种或多种含硅化合物的混合物，经纺丝烧结成的混合纤维，含有85- Al2O315SiO2 ,密度2.73. g/cm3 ，直径约1012 m 。,43,(3) Al2O3主要性能,44,优异的机械强度和耐热性能，直到1370其强度仍下降不大。强度：13002500MPa；模量：150460GPa；密度：2.74
21、.2g/cm3。应用：多用于高温结构材料，特别是航空、宇航空间技术方面，也可用作高温绝缘滤波器材料。,FP-Al2O3纤维与其它纤维（B、SiC）高温性能的比较：,45,5、玻璃纤维（glass fiber, GF）,19世纪末由美国康宁（Corning Corp.)公司研发成功的；直至20世纪40年代开发出“玻璃钢”（玻璃纤维增强塑料，GFRP）后才得到大量使用。,（1）玻璃纤维和玻璃钢的出现,无捻玻璃纤维,46,是复合材料中应用最早和最为广泛的无机纤维；,（2）玻璃纤维的成分和分类,什么是玻璃纤维？,玻璃纤维是以石英砂、石灰石、白云石、石蜡等并配以纯碱、硼酸等为原料，经熔融后通过细的喷丝孔
22、拉制成的无机连续纤维。主要成分是SiO2、B2O3及金属氧化物（CaO, Al2O3），但原料的组成对玻璃纤维的性能有较大的影响。,分类：,按单丝直径可分为粗纤维(d30m)、初级纤维(d20 m)、中级纤维(d10-20 m)、高级纤维(d3-10 m)、超细纤维(d14%，强度低、耐湿热性差；特种GF：高强GF（S玻纤）由纯镁铝硅三元组成，抗拉强度2800MPa；高模量GF（M玻纤）在低铝的钙镁硅酸盐系统中加入铬、钽、铌等氧化物，其E=120GPa。,（3）玻璃纤维的制造工艺,玻璃球法（坩埚拉丝法） ： 先将玻璃原料（砂、石灰石、硼酸等）混匀后，装入熔炼炉，在1260左右熔融，流入造球机制
23、成玻璃球；然后将合格的玻璃球再放入坩埚中熔化拉丝制成玻璃纤维。,直接熔融法（池窑拉丝法）： 直接将熔炼炉中熔化的玻璃直接流入拉丝筛网中拉丝。,49,（4）玻璃纤维的特性和应用,典型力学性能： 抗拉强度：1.54.0 GPa（为高强度钢的23倍） 弹性模量：70110 GPa（与铝和钛合金模量相当）比强度：12.518.4106 cm（为高强度钢的610倍） 比模量：2.84.0107 cm（略高于高强度钢）但不耐磨、脆而易折。 热性能：导热率小，隔热性好优良的绝热材料；耐热，软化点为550580；热膨胀系数4.810-6/K；不会引起燃烧；耐腐、化学稳定性好；电绝缘性能好；透光性好，制作透明的
24、玻璃钢。 成本低、应用广泛。可加工成纱、布、带、毡等形状；可作为聚合物基等复合材料的增强材料。,50,Si(CN)纤维：含55Si、22N、15C和8O，密度2.4 g/cm3 ，强度1800MPa，模量220GPa，最高使用温度1400。Si3N4纤维：强度24502480MPa，模量200250GPa，最高使用温度1200。B4C纤维：密度2.7 g/cm3 ，强度2400MPa，模量400GPa。在文献中出现很少，应用更少。,6、其它陶瓷纤维（Ceramic fiber）,在新型增强材料的研究与开发过程中，实际上科研人员还研究和开发了许多无机陶瓷纤维，例如：,51,7、芳纶纤维（芳香族聚
25、酰胺纤维，Aromatic Polyamide fiber, Kevlar, KF）,芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的通称，国外商品牌号为Kevlar（凯芙拉），我国命名为芳纶纤维。芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、质量轻等优良性能。是重要的国防军工材料，可用于防弹衣、头盔使用，也可作为航空航天、机电、建筑、汽车、体育用品等使用。,52,是科学发现中偶然性的一个事例1968年，美国杜邦公司（Dupont）一位研究人员在实验时偶然发现全芳香族聚酰胺树脂溶解于硫酸类，其分子完全不会分散，分子间形成一定规则排列，经纺丝成为一种全新耐热、高强度和模量的有机纤维。正式
26、以Kevlar（凯芙拉）作为其商品名,我国将其命名为芳纶纤维。经过热处理和改善原料的结构后，可得到综合性能不同的不同牌号的芳纶纤维。主要有：芳纶、芳纶29、芳纶49,（1）芳纶纤维的发现,53,（2）芳纶纤维的性能特点,力学性能：高强度单丝抗拉强度高达3.7GPa, 254mm长的纤维束拉伸强度为2.7GPa，大约为铝的5倍。高模量弹性模量为127158GPa低密度仅为1.44 g/cm3，几乎只有铝的一半；比强度高。抗冲击性能好大约为石墨纤维的6倍，硼纤维的3倍。与碳纤维混杂，能大大提高纤维复合材料的抗冲击性。,Kevlar纤维是属于一种液态结晶棒状高分子,具有非常好的热稳定性、耐火性、抗化
27、学性、绝缘性、高强度及高模量。,54,（2）芳纶纤维的性能特点,热稳定性良好的热稳定性耐火而不熔，在487不熔化也不分解，但开始发生碳化。 高温作用下不易变形，直至分解，具有良好的尺寸稳定性。 能长期在150下使用，强度几乎不变；在200下一周后强度降低15%，模量降低4%。 在60低温下不变脆也不降解； 热膨胀系数各向异性，300以下纵向为负值；横向正值。化学稳定性抵抗中性化学药品的腐蚀性，但不耐强酸、强碱。缺点：耐光性差，抗压强度低（拉伸强度的1/5），吸湿性强。,55,（3）芳纶纤维的结构,56,对苯二甲酰与对苯二胺的聚合体,大分子链由苯环和酰胺基组成，沿纤维轴向方向骨架原子由强的共价键
28、结合，横向由弱的氢键连结，是造成芳纶纤维力学性能各向异性的原因，即纤维的纵向强度高，而横向强度低。轴向分子链刚度高，呈伸展的线性结构，使纤维具有较高的填充能力，单位体积内容纳很多聚合物，纤维具有高的强度。,（5）芳纶纤维的应用,57,（5）芳纶纤维的应用,58,1) 航空航天方面,芳纶纤维增强塑料（KFRP）在航空航天的应用仅次于碳纤维。用于火箭发动机壳体、压力容器、各种整流罩、舱门、行李架、座椅等，采用KFRP比CFRP减重30%。,（5）芳纶纤维的应用,59,2) 防弹制品,（5）芳纶纤维的应用,60,3) 交通运输方面,游艇、赛艇、汽车构件、高速轮胎（43%用于轮胎的帘子线，承载高、质量
29、轻、滚动阻力小）等,（5）芳纶纤维的应用,61,4) 建筑材料方面的应用,作为加强筋增强混凝土，强度高，质量轻，寿命长,5) 绳索、线缆方面的应用,（5）芳纶纤维的应用,62,6) 其它的应用,芳纶纤维布,阻燃赛车服,芳纶纤维手套,阻燃消防服,在金属基复合材料中，也使用部分金属纤维，如W丝、Mo丝、不锈钢丝等。但总体而言，这些金属纤维的密度大，比强度、比模量不占优势，除高温合金基复合材料外，应用较少。,8、金属纤维（Metallic fiber）,金属纤维的制造工艺：,63,颗粒增强材料是用以改善基体材料性能的颗粒状材料。分为延性颗粒、刚性颗粒和相变增韧颗粒增强体三种。延性颗粒增强体主要是一些
30、高熔点的金属颗粒，如Ni、Co、W等，通过在裂纹尖端的桥联、塑性变形等作用达到增强增韧的目的。刚性颗粒主要是一些高强、高硬的陶瓷颗粒，如Al2O3、Si3N4、SiC、TiC、TiN等，通过颗粒钉扎、裂纹偏转、弥散强化等机理来增强。相变增韧颗粒主要是以ZrO2为代表，通过t-ZrO2（四方相，tetragonal）向m-ZrO2（单斜相，monoclinic）的相变，来增韧。,三、颗粒增强材料（Particle/Particulate reinforcements）,(1)、概述,64,一般复合材料中的颗粒增强材料的粒径为几微米至几十微米，含量约为体积分数一般15%20%（570 ）。颗粒增强
31、的复合材料因其原料价格低、制备工艺简单，已广泛应用于PMC、MMC和CMC中。目前采用纳米级的颗粒制成的功能复合材料正成为研究热点。,(1)、概述,65,(2)、常用的颗粒增强材料的形貌,66,(3)、颗粒增强材料的表面处理,为了改善增强颗粒材料与基体的湿润性，往往对颗粒进行表面处理。在MMC中颗粒材料的表面处理方法有：金属表面涂层表面热处理超声波处理,金属表面涂层则是改变颗粒表面的组成，改善颗粒与金属基体的湿润性。表面热处理和超声波处理，主要是改善增强颗粒表面的状况，如除去表面所吸附的水分和气体等，从而提高分散特性。,67,晶须是微细的高纯度的单晶体，内部结构完整，原子排列高度有序，晶体中缺
32、陷少，最接近材料的理论强度。晶须的直径很小，只有亚微米和微米数量级，长度10102 m。晶须材料的发现也是偶然的。1948年美国贝尔电话公司在排除经常出现的电话线路短路原因时，发现在蓄电池极板表面产生有针状结晶物。其晶体结构与金属极板材料相同，但强度远高于极板材料，形状象鲸鱼的胡须，因此把这种针状结晶材料称之为晶须（Whisker）。目前常用的陶瓷晶须和金属晶须两大类，以陶瓷晶须为主，如SiCw、Al2O3w, B4Cw、TiCw等，使用最多的是SiCw。,四、晶须增强材料（Whisker reinforcements）,(1)、概述,68,典型的SiC晶须形貌（日本东海碳素公司）,69,(2
33、)、晶须的基本性能,70,(3)、晶须的制备方法,SiC晶须,固相法制备SiCw的典型方法是利用稻壳产生的SiO2和碳黑之间的反应生成SiCw。 SiO23C SiC 2CO 工艺过程：在700下将稻壳焦化并得到SiO2和自由炭，在15001600下Ar或N2保护下，SiO2与碳黑反应生成SiCw和部分残余自由炭，然后在在800 将自由炭去除，可得较纯的SiCw。,71,本章小结：,增强材料概述定义、分类、结构类型、选择增强材料的原则纤维增强材料Kevlar纤维、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、SiC纤维、Al2O3纤维颗粒增强材料延性颗粒、刚性颗粒、相变增韧颗粒晶须增强材料特性、分类、SiC晶须的制备方法,72,
