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://www.cnki.net 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://www.cnki.net 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://www.cnki.net 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://www.cnki.net (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://www.cnki.net 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://www.cnki.net (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 h(SEM) 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://www.cnki.net 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://www.cnki.net 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. Formation 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