聚合物复合材料讲解(详细版)(10)

硼纤维是用化学沉积法制造的（图4-5）。将一根钨丝连续拉过玻璃管，同时将三氯化硼和氢气的混合物通入玻璃管。三氯化硼蒸汽沉积在炽热的钨丝表面上，使其直径不断增加。芯部的钨丝直径只有2m，最后制成的硼纤维直径约有100~140m。硼纤维本身就是复合材料，其结构见图4-6。硼纤维的比重为

2.3~2.6，拉伸强度为3.65GPa，模量为400GPa。用于金属基复合材料的硼纤维表面可以再涂上一层碳化硅，以提高其与金属的相容性。

图4-5 生产硼纤维的化学沉积法

图4-6 (a) 硼纤维的结构；(b)表面涂有碳化硅的BORSIC纤维；(c)硼纤维在铝

基体中

硼纤维的生产过程可不像图4-5中所示的那么简单。产生硼蒸汽需要1204°C的高温，气体的密闭是很复杂的。硼纤维所用的原材料钨价格很高（$44/kg），化学沉积法的过程又复杂，最后硼纤维的价格高达($440/kg)。但尽管如此，用硼纤维增强的聚合物复合材料可以具有比铝还轻的重量，比钢还高的强度和刚度，在航空、航天行业中仍然有较大的市场。

碳化硅纤维也用这种化学沉积法制造。其芯部是一根直径约33m的碳纤维，反应物使用的是氯化烷基硅与氢气的混合物。最后产物的直径也在140mm左右。密度为3Mg/m3，拉伸强度在2.8GPa到4.6GPa之间，模量为400GPa。碳化硅纤维的价格比硼纤维和碳纤维都低，约为$220/kg。用这种化学沉积工艺还可以制造其它增强纤维，如二硼化钛、碳化硼等。

4.4.2碳纤维与石墨纤维

碳是自然界最神奇多变的元素，它既有金属的性质，又有非金属的性质，自身又以多种形式存在。黑色的结晶碳为石墨，比重2.25 Mg/m3；透明的结晶碳是金刚石，比重3.5 Mg/m3；此外还有无定形的焦炭及准晶的碳黑等。石墨和金刚石都是碳原子以共价键相连接的晶体结构，故其熔点高达3730°C以上。最早的碳纤维生产始于1959年，是有机纤维隔绝空气在高温下热解得到的。最先使用的是粘胶纤维，1961年英国使用聚丙烯腈作原料，到目前为止丙烯腈仍是使用最