热暴露对B Al复合材料性能的影响

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http// 热 暴 露 对 B/ Al 复 合 材 料 性 能 的 影 响 张 绪 虎 胡 欣 华 关 盛 勇 汪 翔 航 天 材 料 及 工 艺 研 究 所 北 京 100076 杨 盛 良 国 防 科 技 大 学 长 沙 410073 文 摘 对 经 300 ℃ 、 500 ℃ 高 温 热 暴 露 的 B/ Al LF6复 合 材 料 的 力 学 性 能 进 行 了 研 究 ,实 验 结 果 表 明 材 料 在 300 ℃ 下 热 暴 露 时 ,性 能 下 降 速 度 较 慢 ,100 h 后 强 度 保 留 率 约 为 76 ,延 伸 率 保 留 率 为 74 。 而 在 500 ℃ 下 热 暴 露 时 ,5 h 以 上 强 度 就 有 明 显 降 低 。 高 温 长 时 间 热 暴 露 后 复 合 材 料 的 断 裂 也 从 累 积 型 转 变 为 典 型 的 非 累 积 型 断 裂 。 通 过 透 射 电 镜 TEM及 扫 描 电 镜 SEM 对 固 态 热 压 制 造 态 和 高 温 热 暴 露 的 界 面 状 况 进 行 了 分 析 ,认 为 界 面 反 应 是 造 成 B/ Al 复 合 材 料 力 学 性 能 下 降 的 主 要 原 因 。 关 键 词 热 暴 露 ,B/ Al ,力 学 性 能 ,界 面 Effect of Isothermal Exposure on Mechanical Properties of B/ Al Composites Zhang Xuhu Hu Xinhuan Guan Shengyong Wang Xiang Aerospace Research Institute of Material and Processing Technology Beijing 100076 Yang Shengliang National University of Defence Technology Changsha 410073 Abstract Mechanical properties of the B/ Al composites exposed in hot air up to 300 ℃ ,500 ℃ are investigated. Experimental results show that thermal treatment at 300 ℃ may result in less decrease with tensile strength remained about 72 ,and ultimate strain remained 74 after l00 h ,for example ,but thermal treatment at 500 ℃ only for 5 h can signif2 icantly decrease the tensile strength of the B/ Al composites. Failure mode of the composite also changes from cumulative to typical noncumulative after long time exposure at 500 ℃ . Interfacial microstructure and phase composition of the B/ Al composite before and after exposure is studied by TEM and SEM . It is showed that interfacial reaction is the main reason of decrease of mechanical properties of the B/ Al composites. Key words Thermal exposure ,B/ Al ,Mechanical properties ,Interface 1 前 言 B/ Al 复 合 材 料 是 研 究 和 应 用 最 早 的 纤 维 增 强 金 属 基 复 合 材 料 ,具 有 比 强 度 高 、 比 摸 量 高 ,结 构 刚 度 好 等 优 点 ,在 航 空 、 航 天 等 领 域 得 到 了 应 用 。 由 于 在 实 际 应 用 中 ,B/ Al 复 合 材 料 可 能 需 要 承 受 一 定 的 高 温 环 境 条 件 ,因 此 研 究 热 暴 露 条 件 下 性 能 的 变 化 及 其 原 因 对 B/ Al 复 合 材 料 的 研 制 及 使 用 具 有 重 要 的 现 实 意 义 。 一 般 认 为 B/ Al 复 合 材 料 的 界 面 属 伪 一 类 界 面 ,其 特 点 是 在 界 面 上 有 一 层 准 稳 定 的 氧 化 膜 Al2O3 和 B2O3 , 如 果 氧 化 膜 破 裂 ,纤 维 与 基 体 就 可 能 发 生 界 面 反 应 ,可 能 的 反 应 物 有 Mg ,Al B2、α - AlB2 和 β - AlB2 ,这 些 反 应 物 的 形 成 同 基 体 关 。 高 温 热 暴 露 时 ,界 面 反 应 的 产 生 及 其 程 度 与 热 暴 露 温 度 和 时 间 都 有 关 系 ,有 研 究 表 明 在 400 ℃ 以 下 热 暴 露 B/ Al 复 合 材 料 的 拉 伸 强 度 下 降 不 明 显 ,在 500 ℃ 以 上 则 急 剧 下 降 [1 ] 。 性 能 的 下 降 与 热 暴 露 后 界 面 状 况 收 稿 日 期 2000 - 06 - 15 张 绪 虎 ,1966 年 出 生 ,工 程 师 ,主 要 从 事 金 属 材 料 及 金 属 基 复 合 材 料 的 研 究 工 作 84 宇 航 材 料 工 艺 2001 年 第 2 期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http// 的 变 化 密 切 相 关 。 2 实 验 过 程 与 方 法 2. 1 材 料 实 验 所 用 B 纤 维 表 面 无 涂 层 ,为 CVD 法 在 钨 芯 上 沉 积 得 到 ,直 径 为 140μ m ,基 体 为 LF6 铝 合 金 ,其 中 主 要 元 素 的 质 量 分 数 为 Mg 5. 8～ 6. 8 、 Mn 0. 50 ～ 0. 80 。 B/Al 复 合 板 用 热 等 静 压 法 制 备 ,板 材 厚 度 2 mm ,纤 维 体 积 分 数 为 40 ,热 压 温 度 510 ℃ ～ 520 ℃ , 热 压 压 力 70 MPa ,保 温 时 间 120 min ,真 空 度 1. 33 10 - 3 Pa 。 2. 2 实 验 方 法 将 B/ Al 复 合 板 材 进 行 不 同 时 间 和 温 度 的 热 暴 露 ,其 热 暴 露 规 范 分 别 为 300 ℃ 下 0. 5 h、 5 h ,10 h、 20 h、 50 h ; 500 ℃ 下 0. 5 h、 1 h、 10 h、 20 h、 50 h、 100 h ,热 暴 露 后 的 试 样 在 WD 100 电 子 式 万 能 实 验 机 上 进 行 拉 伸 ,加 载 速 度 为 0. 5 mm/ min～ 2. 0 mm/ min。 采 用 带 有 X 射 线 能 谱 仪 可 探 测 到 B 元 素 的 J EM 2010 型 透 射 电 镜 TEM进 行 微 观 结 构 的 分 析 。 样 品 的 制 备 方 法 如 下 从 B/ Al 板 材 上 沿 垂 直 轴 向 切 取 约 0. 4 mm 厚 的 小 薄 片 ,先 在 砂 纸 上 手 工 减 薄 至 约 70 μ m ,然 后 用 Gatan 650 型 精 密 磨 凹 仪 将 样 品 中 心 部 位 减 薄 至 20μ m 以 下 ,最 后 在 减 薄 仪 上 用 氩 离 子 轰 击 中 心 穿 孔 ,得 到 可 供 在 电 镜 下 观 察 的 样 品 。 3 实 验 结 果 与 讨 论 3. 1 热 暴 露 对 B/ Al 复 合 材 料 力 学 性 能 的 影 响 经 热 暴 露 处 理 大 气 环 境 后 复 合 材 料 的 力 学 性 能 相 应 的 关 系 曲 线 见 图 1、 图 2 ,从 图 1、 图 2 可 以 看 出 ,材 料 在 300 ℃ 下 热 暴 露 时 ,性 能 下 降 速 度 较 慢 , 20 h 内 强 度 基 本 不 降 ,且 经 短 时 0. 5 h 热 暴 露 后 强 度 有 小 幅 提 高 ,断 裂 延 伸 率 也 略 有 增 大 ,这 一 现 象 在 早 期 的 研 究 中 就 有 发 现 ,但 对 其 解 释 尚 未 一 致 ,早 期 报 道 认 为 其 原 因 可 能 是 在 原 始 氧 化 物 界 面 处 产 生 了 面 积 不 大 1 的 局 部 破 坏 ,生 成 了 大 量 孤 立 、 小 的 AlB2针 状 物 ,起 到 把 基 体 和 纤 维 锁 住 的 附 加 强 化 [2 ] ,还 有 人 认 为 可 能 与 材 料 内 部 残 余 应 力 状 态 变 化 有 关 [3 ] ,对 铝 合 金 来 说 300 ℃ 相 当 于 退 火 温 度 ,有 利 于 降 低 基 体 在 复 合 过 程 产 生 的 残 余 拉 伸 应 力 ,从 而 提 高 基 体 的 性 能 。 300 ℃ ,50 h 后 强 度 保 留 率 约 为 82 ,延 伸 率 保 留 率 81 ,100 h 后 降 为 72 ,延 伸 率 保 留 率 为 74 ,热 暴 露 温 度 在 500 ℃ 时 ,在 1 h 以 内 复 合 材 料 强 度 没 有 显 著 下 降 ,强 度 保 留 率 大 于 95 ,5 h 以 上 时 ,强 度 有 明 显 降 低 。 500 ℃ 热 暴 露 5 h 后 材 料 强 度 明 显 降 低 到 300 ℃ 热 暴 露 100 h 时 的 强 度 ,强 度 保 留 率 仅 为 65 ,延 伸 率 保 留 率 为 41 ,性 能 已 严 重 降 低 。 图 1 B/ Al 复 合 材 料 拉 伸 强 度 随 热 暴 露 温 度 及 时 间 的 变 化 Fig. 1 Tensile strength of B/ Al vs thermal exposure temperature and time 图 2 B/ Al 断 裂 延 伸 率 随 热 暴 露 规 范 的 变 化 Fig. 2 Ultimate strain of B/ Al vs thermal exposure conditions 3. 2 B/ Al 复 合 材 料 不 同 热 暴 露 规 范 下 的 拉 伸 断 口 特 征 B/ Al 复 合 材 料 经 热 暴 露 后 ,力 学 性 能 产 生 了 一 些 变 化 ,这 些 变 化 在 拉 伸 断 口 也 有 所 体 现 。 图 3 为 断 口 微 观 形 貌 ,从 图 中 可 以 看 出 ,制 造 态 B/ Al 的 拉 伸 断 口 呈 锯 齿 状 ,较 为 曲 折 ,部 分 纤 维 有 拔 出 ,这 种 断 裂 为 损 伤 累 积 断 裂 ,纤 维 承 载 能 力 发 挥 充 分 ,有 利 于 获 得 较 高 的 强 度 。 300 ℃ 、 50 h 和 500 ℃ 、 0. 5 h 条 件 下 的 断 口 仍 保 持 着 制 造 态 断 口 的 纤 维 拔 出 特 征 , 但 纤 维 拔 出 长 度 有 所 减 小 ,由 材 料 力 学 性 能 的 变 化 94宇 航 材 料 工 艺 2001 年 第 2 期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http// 规 律 可 以 判 断 ,经 300 ℃ 、 各 时 间 及 500 ℃ 、 1 h 内 热 暴 露 后 ,B/ Al 复 合 材 料 的 断 口 基 本 特 征 与 制 造 态 相 似 ,宏 观 上 断 口 曲 折 ,微 观 上 断 口 有 纤 维 拔 出 ,随 着 性 能 的 变 化 ,在 断 口 曲 折 程 度 和 纤 维 拔 出 长 度 及 数 量 上 有 一 定 的 变 化 。 经 500 ℃ 、 5 h 以 上 热 暴 露 后 , 复 合 材 料 强 度 的 显 著 变 化 在 断 口 上 有 体 现 ,表 现 为 断 口 平 直 ,断 裂 路 径 短 ,在 断 口 形 貌 上 表 现 为 纤 维 基 本 上 没 有 拔 出 ,为 典 型 的 累 积 型 脆 性 断 口 ,局 部 纤 维 的 断 裂 很 快 导 致 材 料 的 整 体 破 坏 ,因 而 强 度 低 。 在 不 同 热 暴 露 条 件 下 之 所 以 有 不 同 的 断 裂 模 型 ,应 归 功 于 界 面 反 应 层 的 影 响 。 热 暴 露 温 度 高 ,时 间 长 ,界 面 反 应 形 成 脆 性 的 反 应 层 ,裂 纹 容 易 在 反 应 层 萌 生 , 并 且 向 纤 维 横 向 扩 展 ,从 而 引 起 低 应 力 破 坏 ,纤 维 也 没 有 拔 出 现 象 。 a 制 造 态 b 300 ℃ / 50 h c 500 ℃ / 5 h d 500 ℃ / 50 h 图 3 制 造 态 及 热 暴 露 B/ Al 复 合 材 料 断 口 形 貌 Fig. 3 Fracture surface of B/ Al before and after different thermal exposure conditions Herring H W 等 [4 ]也 报 道 了 不 同 温 度 和 时 间 热 处 理 的 B/ Al 复 合 材 料 强 度 与 断 口 特 征 的 规 律 ,与 本 实 验 结 果 基 本 一 致 。 3. 3 B/ Al 复 合 材 料 的 界 面 微 观 结 构 3. 3. 1 制 造 态 B/ Al 复 合 材 料 的 界 面 特 征 B/ Al 复 合 材 料 的 界 面 TEM 形 貌 如 图 4 所 示 ,图 5 为 界 面 区 域 能 谱 分 析 结 果 。 由 界 面 形 貌 像 并 结 合 X射 线 能 谱 分 析 ,可 以 得 出 如 下 结 论 ,纤 维 与 铝 界 面 结 合 良 好 ,基 本 上 没 有 接 触 不 良 区 ,表 明 选 用 的 工 艺 参 数 适 当 。 界 面 处 没 有 基 体 合 金 元 素 与 B 的 反 应 产 物 ,但 在 界 面 处 基 体 一 侧 有 Mg 元 素 的 富 集 ,可 能 为 Al2O3· MgO ,在 界 面 上 呈 不 连 续 分 布 ,从 形 貌 上 看 尺 寸 很 小 ,在 50 nm 以 下 ,B 纤 维 表 面 也 可 能 存 在 氧 化 物 B2O3 ,但 尺 寸 也 很 小 。 文 献 [ 5 ]指 出 ,经 固 态 热 压 后 B/ Al 界 面 容 易 形 成 尖 晶 石 结 构 的 2Al2O3· B2O3 和 9Al2O3· 2B2O3 ,由 于 本 文 所 研 究 的 复 合 材 料 基 体 中 含 较 多 活 泼 的 Mg 元 素 ,因 而 形 成 的 界 面 相 更 复 杂 ,可 能 由 Al2O3· MgO 和 B2O3 共 同 组 成 。 05 宇 航 材 料 工 艺 2001 年 第 2 期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http// a TEM形 貌 b 选 区 电 子 衍 射 谱 图 4 制 造 态 B/ Al 复 合 材 料 的 界 面 TEM形 貌 及 选 区 电 子 衍 射 谱 Fig. 4 Microstructure of interface of B/ Al by TEM and electron2diffraction chart for selected area a B/ Al 界 面 处 能 谱 b 界 面 附 近 基 体 中 能 谱 图 5 B/ Al 界 面 区 域 能 谱 分 析 结 果 Fig. 5 Analyses of interfacial area by EDS 3. 3. 2 经 300 ℃ 热 暴 露 后 B/ Al 界 面 特 征 经 300 ℃ 热 暴 露 后 ,在 B/ Al 界 面 上 没 有 明 显 的 反 应 ,即 使 经 过 100 h 的 热 暴 露 ,B 纤 维 仍 保 持 着 原 始 表 面 的 胞 状 结 构 特 征 ,没 有 发 现 反 应 层 。 经 300 ℃ ,50 h 热 暴 露 后 ,界 面 上 没 有 发 现 基 体 与 纤 维 的 反 应 物 。 在 部 分 界 面 上 可 发 现 沿 界 面 析 出 的 第 二 相 ,如 Mg5Al8 这 些 相 的 存 在 对 复 合 材 料 的 性 能 是 有 害 的 ,容 易 成 为 微 裂 纹 的 萌 生 处 。 从 复 合 材 料 的 力 学 性 能 来 看 ,经 300 ℃ 长 时 间 50 h～ 100 h热 暴 露 后 ,拉 伸 强 度 有 所 下 降 ,从 TEM 界 面 分 析 及 SEM 观 察 结 果 来 看 ,B 纤 维 与 基 体 并 没 有 明 显 的 界 面 反 应 ,因 而 复 合 材 料 性 能 的 下 降 不 应 归 因 于 纤 维 与 基 体 的 界 面 反 应 引 起 的 损 伤 ,而 可 能 与 界 面 及 基 体 中 的 第 二 相 如 Mg5Al8 等 相 的 形 成 和 长 大 有 关 。 但 总 的 来 说 ,温 度 为 300 ℃ 时 ,即 使 进 行 长 时 间 热 暴 露 ,纤 维 不 会 因 反 应 而 损 伤 并 造 成 材 料 15宇 航 材 料 工 艺 2001 年 第 2 期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http// 强 度 严 重 下 降 。 3. 3. 3 经 500 ℃ 热 暴 露 后 B/ Al 界 面 特 征 经 500 ℃ 、 0. 5 h 热 暴 露 后 ,B/ Al 界 面 上 没 有 发 现 明 显 的 反 应 物 。 经 500 ℃ 热 暴 露 5 h 以 上 时 ,可 以 看 出 B 纤 维 表 面 存 在 明 显 的 反 应 层 ,反 应 层 呈 块 状 、 片 状 分 布 在 界 面 上 ,如 图 6 所 示 。 经 500 ℃ 、 100 h 热 暴 露 后 萃 取 纤 维 表 面 形 貌 SEM 照 片 如 图 7 所 示 ,可 以 看 出 纤 维 表 面 形 貌 因 反 应 而 发 生 的 变 化 ,与 原 始 态 相 比 已 明 显 不 同 ,表 面 原 有 的 胞 状 结 构 特 征 基 本 消 失 ,代 之 以 反 应 物 蚀 后 的 凹 坑 。 对 界 面 区 域 进 行 能 谱 分 析 表 明 ,在 界 面 处 基 体 一 侧 基 体 上 没 有 B 元 素 ,故 反 应 是 由 界 面 向 B 纤 维 内 部 进 行 ,既 基 体 元 素 向 B 纤 维 内 部 扩 散 进 行 反 应 。 在 基 体 一 侧 ,随 着 热 暴 露 时 间 的 增 加 ,Mg5Al8 尺 寸 也 明 显 增 大 。 界 面 反 应 物 成 分 及 相 结 构 可 由 能 谱 分 析 及 选 区 电 子 衍 射 来 确 定 ,能 谱 分 析 表 明 ,反 应 物 由 Mg、 Al、 B 元 素 组 成 ,如 图 8 所 示 。 a 500 ℃ / 5 h b 500 ℃ / 10 h c 500 ℃ / 20 h d 500 ℃ / 100 h 图 6 经 500 ℃ 不 同 时 间 热 暴 露 后 B/ Al 界 面 Fig. 6 Interface of B/ Al after different time of thermal exposure at 500 ℃ 25 宇 航 材 料 工 艺 2001 年 第 2 期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http// a b 图 7 经 热 暴 露 后 萃 取 纤 维 表 面 形 貌 SEM Fig. 7 Surface of boron fiber by extraction after exposure at 500 ℃ for 100 hSEM 图 8 B/ Al 界 面 反 应 物 能 谱 分 析 Fig. 8 EDS of B/ Al interphases 根 据 B 与 Al 可 能 发 生 的 反 应 ,该 反 应 物 应 为 六 方 结 构 的 Mg、 Al B2 ,呈 块 状 ,相 互 之 间 没 有 一 定 的 取 向 关 系 。 图 9 为 电 子 衍 射 能 谱 的 标 定 。 在 500 ℃ 长 时 间 热 暴 露 后 ,除 界 面 反 应 向 着 B 纤 维 内 部 方 向 进 行 外 ,界 面 Mg5Al8 也 相 应 形 成 和 长 大 ,呈 不 规 则 的 块 状 ,尺 寸 与 热 暴 露 时 间 有 关 ,从 数 十 到 数 百 纳 米 均 有 。 图 10 为 500 ℃ ,100 h 热 暴 露 后 Mg5Al8 形 貌 、 电 子 衍 射 能 谱 及 能 谱 分 析 结 果 。 a b 图 9 B/ Al 界 面 反 应 物 电 子 衍 射 谱 Fig. 9 Electron2diffraction chart of B/ Al interphases a 形 貌 b 电 子 衍 射 c 能 谱 图 10 界 面 在 500 ℃ ,100 h 热 暴 露 后 Mg5Al8 形 貌 、 电 子 衍 射 及 能 谱 分 析 结 果 Fig. 10 Microstructure of Mg5Al8 and ED/ EDS results at the interface 500 ℃ ,100 h 35宇 航 材 料 工 艺 2001 年 第 2 期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http// 3. 4 B/ Al 界 面 反 应 对 复 合 材 料 力 学 性 能 的 影 响 在 500 ℃ 长 时 间 热 暴 露 后 ,可 在 界 面 看 到 明 显 的 反 应 层 ,反 应 层 厚 度 不 均 匀 ,但 随 着 时 间 的 增 加 , 反 应 层 厚 度 明 显 增 大 ,同 时 对 B 纤 维 造 成 了 损 伤 。 经 500 ℃ 热 暴 露 不 同 时 间 的 B/ Al 萃 取 纤 维 ,拉 伸 强 度 的 测 试 结 果 见 图 11。 两 种 不 同 萃 取 溶 液 对 纤 维 表 面 腐 蚀 作 用 有 一 定 差 别 ,根 据 文 献 [ 6 ]报 道 ,采 用 NaOH溶 液 萃 取 时 ,界 面 反 应 物 如 AlB2、 AlB12可 保 留 在 纤 维 表 面 , 脆 性 反 应 物 易 萌 生 裂 纹 ,因 而 使 纤 维 强 度 下 降 。 HNO3 溶 液 则 可 除 去 B 纤 维 表 面 的 反 应 物 ,减 少 了 表 面 裂 纹 萌 生 的 影 响 。 当 然 ,不 管 何 种 溶 液 萃 取 ,随 着 热 暴 露 时 间 的 延 长 ,纤 维 本 身 因 反 应 造 成 的 损 耗 加 剧 ,强 度 持 续 下 降 的 规 律 是 一 致 的 。 萃 取 纤 维 强 度 及 B/ Al 复 合 材 料 强 度 与 热 暴 露 时 间 的 关 系 如 图 11 a 所 示 ,归 一 化 的 强 度 如 图 11 b 所 示 ,归 一 化 均 以 0. 5 h 后 的 强 度 为 1。 a 拉 伸 强 度 b 归 一 化 拉 伸 强 度 图 11 纤 维 及 B/ Al 强 度 与 热 暴 露 时 间 的 关 系 500 ℃ Fig. 11 Strength of fiber and B/ Al vs thermal exposure time at 500 ℃ 由 图 11 可 以 看 出 ,随 着 热 暴 露 时 间 的 增 加 ,纤 维 下 降 的 趋 势 与 B/ Al 复 合 材 料 基 本 一 致 ,归 一 化 后 ,可 以 看 到 B/ Al 复 合 材 料 强 度 下 降 的 幅 度 比 纤 维 大 ,这 说 明 纤 维 强 度 的 损 伤 是 复 合 材 料 强 度 下 降 的 重 要 原 因 ,但 并 不 是 唯 一 的 原 因 ,另 一 个 重 要 的 原 因 是 界 面 反 应 层 的 存 在 改 变 了 界 面 结 合 状 态 ,使 复 合 材 料 的 断 裂 模 式 发 生 了 改 变 ,即 由 累 积 型 断 裂 转 变 为 非 累 积 型 断 裂 ,界 面 脱 粘 及 纤 维 拔 出 吸 收 能 量 的 机 制 减 弱 甚 至 丧 失 ,从 而 使 复 合 材 料 在 较 低 的 应 力 下 发 生 整 体 破 坏 。 4 结 论 1 热 暴 露 对 B/ Al 复 合 材 料 的 力 学 性 能 的 影 响 与 时 间 和 温 度 密 切 相 关 。 在 300 ℃ 热 暴 露 时 ,短 时 间 热 暴 露 后 强 度 略 有 升 高 ,强 度 在 20 h 内 基 本 不 下 降 ,100 h 强 度 下 降 约 30 ,在 500 ℃ 热 暴 露 时 强 度 在 1 h 内 未 下 降 ,5 h 以 后 强 度 显 著 降 低 。 2 拉 伸 断 口 分 两 种 类 型 ,在 300 ℃ 热 暴 露 或 500 ℃ 短 时 热 暴 露 时 断 口 有 纤 维 拔 出 ,断 裂 路 径 比 较 曲 折 ,而 500 ℃ 长 时 间 热 暴 露 即 性 能 显 著 下 降 时 ,断 口 比 较 平 直 ,无 纤 维 拔 出 。 3 制 造 态 B/ Al 界 面 结 合 致 密 ,没 有 发 现 界 面 反 应 ,界 面 上 有 不 连 续 的 纤 维 及 基 体 合 金 元 素 的 氧 化 物 ,经 300 ℃ 热 暴 露 后 未 发 现 明 显 的 界 面 反 应 , 500 ℃ 热 暴 露 时 间 较 短 性 能 未 下 降 时 也 未 发 现 界 面 反 应 ,热 暴 露 5 h 以 上 即 力 学 性 能 显 著 下 降 时 ,界 面 有 明 显 的 反 应 层 。 反 应 物 为 Mg、 Al B2 ,呈 不 规 则 的 块 状 ,主 要 分 布 在 B 纤 维 表 层 。 4 界 面 反 应 对 B 纤 维 造 成 了 损 伤 。 B/ Al 复 合 材 料 的 强 度 一 方 面 由 于 纤 维 的 损 伤 而 降 低 ,另 一 方 面 ,受 载 时 界 面 反 应 层 处 容 易 萌 生 裂 纹 ,加 速 了 复 合 材 料 的 破 坏 。 参 考 文 献 1 Izdinsky k ,Minar P , Iran J . The effect of isothermal expo2 sure and thermal cycling on the properties of boron fiber/ aluminum alloy composite material. Key Engineering Material , 1995 ; 104～ 107 845～ 852 2 Kreider K G. Metallic Matrix Composites . New York A2 45 宇 航 材 料 工 艺 2001 年 第 2 期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http// cademic press ,1974 3 Mileiko S T , Sarkissyan N S , Serebryakov A V et al. Structure and properties of boron/ aluminum composites. Composites Science and Technology , 1994 ;50 2 423～ 429 4 Herring H W , Lytton J L , Steel J H. Experimental obser2 vation of tensile fracture in unidirectional boron filament reinforced aluminum sheet. Metallurgical Transactions. 1973 ; 4 30 807～ 817 5 Shorshorov M K , Arefjev B A. ation of borides and other phases during welding of boron with aluminum . In Harring W C ed . Proceeding of ICCM - V. California , 1985 779～ 783 6 Chernyshova T A , Tylkina M I , Gevlich so . Interaction of boron fibers with aluminum melt during metallization . J . Mater. Sci. , 23 4 1 981～ 1 984 上 接 第 12 页 阻 燃 剂 是 美 国 通 用 公 司 生 产 的 SFR 100 ,它 是 一 种 呈 透 明 粘 稠 状 的 硅 酮 聚 合 物 ,通 常 与 一 种 或 多 种 协 同 剂 硬 脂 酸 镁 ,聚 磷 酸 铵 与 季 戊 四 醇 的 混 合 物 ,氢 氧 化 等 并 用 。 SFR 100 可 通 过 类 似 于 互 穿 于 聚 合 物 网 络 IPN部 分 交 联 机 理 而 结 合 到 基 材 聚 合 物 结 构 中 ,这 种 机 理 可 大 大 限 制 硅 添 加 剂 的 流 动 性 ,因 而 使 它 不 致 于 迁 移 至 被 阻 燃 聚 合 物 的 表 面 。 以 SFR 100 为 基 的 添 加 系 统 还 能 改 善 聚 烯 烃 表 面 的 光 滑 性 ,但 不 改 变 其 它 表 面 性 能 。 SFR 100 已 用 于 阻 燃 聚 烯 烃 ,只 需 低 用 量 即 可 满 足 一 般 阻 燃 要 求 ,并 能 保 持 基 材 原 有 的 性 能 ,若 提 高 用 量 ,则 可 赋 于 基 材 特 别 优 异 的 阻 燃 性 和 抑 烟 性 , 使 这 类 阻 燃 材 料 能 用 于 防 火 安 全 要 求 非 常 严 格 而 前 述 阻 燃 体 系 又 不 能 适 用 的 场 所 。 椐 专 家 们 估 计 ,有 机 硅 系 化 合 物 阻 燃 的 高 聚 物 将 开 阔 新 的 阻 燃 材 料 市 场 ,新 的 硅 系 阻 燃 剂 及 以 硅 阻 燃 剂 为 基 础 的 复 合 物 也 将 问 世 [7 ] 。 由 于 无 机 阻 燃 剂 氢 氧 化 铝 、 氢 氧 化 镁 、 硼 酸 锌 及 无 机 磷 化 合 物 等 大 部 分 系 填 料 型 的 ,在 树 脂 中 添 加 量 大 ,因 而 对 加 工 工 艺 及 产 品 性 能 有 严 重 影 响 ,所 以 改 进 产 品 性 能 和 高 聚 物 加 工 工 艺 问 题 则 是 无 机 阻 燃 剂 厂 商 面 临 的 一 个 新 的 挑 战 。 6 结 语 阻 燃 剂 正 向 高 效 、 低 烟 、 低 毒 和 低 成 本 的 方 向 发 展 ,同 时 要 求 不 能 明 显 地 影 响 高 聚 物 的 加 工 工 艺 和 恶 化 基 材 的 物 理 机 械 性 能 及 电 器 性 能 。 因 此 积 极 开 展 性 能 优 异 的 无 卤 阻 燃 剂 ,特 别 是 无 卤 、 低 烟 、 低 毒 的 膨 胀 型 阻 燃 剂 和 有 机 硅 系 阻 燃 剂 的 开 发 与 应 用 将 成 为 21 世 纪 阻 燃 剂 最 为 活 跃 的 研 究 邻 域 之 一 。 参 考 文 献 1 董 树 安 . 新 型 溴 系 阻 燃 剂 的 合 成 及 应 用 . 北 京 理 工 大 学 应 用 化 学 硕 士 学 位 论 文 ,1992 2 薛 恩 钰 ,曾 敏 修 . 阻 燃 科 学 及 应 用 . 北 京 国 防 工 业 出 版 社 ,1988 96～ 142 3 Camino G, Martinasso G, Costa L. Thermal degradation of penterythritol diphosphate. Polymer Degradation and Stability ,1990 ; 27 285～ 296 4 陈 宇 ,高 富 业 ,欧 育 湘 . 新 型 磷 卤 协 效 阻 燃 剂 的 合 成 与 应 用 . 精 细 化 工 ,1998 ;15 3 32～ 34 5 欧 育 相 . 阻 燃 剂