硼纖維是指在金屬絲上沉積硼而形成的無機化合物纖維。通常用氫和三氯化硼在熾熱的鎢絲上反應(yīng)，置換出無定形的硼沉積于鎢絲表面獲得。屬脆性材料。硼纖維一般采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)生產(chǎn)。作為芯材，通常使用直徑為12.5 um很細的鎢絲，通過反應(yīng)管由電阻加熱，三氯化硼(BCl3)和氫氣的化學(xué)混合物從反應(yīng)管的上部進口流入，被加熱至1300℃左右，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，硼層就在干凈的鎢絲表面上沉積，制成的硼纖維被導(dǎo)出，纏繞在絲筒上。
材料簡介
硼纖維是重要高科技纖維之一，其英文名稱為硼 filament，實際上它是一種復(fù)合纖維。通常它是以鎢絲和石英為芯材，采用化學(xué)氣相沉積法制取。最早開發(fā)研制硼纖維的是美國空軍增強材料研究室(AFML)，其目的是研究輕質(zhì)、高強度增強用纖維材料，用來制造高性能體系的尖端飛機。在研制過程中，受到美國國防部高度重視與支持。隨后，又以Textron Systems公司(原名AVCO公司)為中心，面向商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)并繼續(xù)研發(fā)。該公司將硼纖維與ep進行復(fù)合制成BFRP，以及與金屬鋁等復(fù)合制成FRM ,面向飛機、宇航用品、體育娛樂用品以及工業(yè)用品等方面進行應(yīng)用研究。能生產(chǎn)硼纖維的國家還有瑞士、英國、日本等。
生產(chǎn)方法
三氯化硼(BCl)和氫氣的化學(xué)混合物從反應(yīng)管的上部進口流入。
HCl和未反應(yīng)的H及BCl從反應(yīng)管的底部出口排出，BCI經(jīng)過回收工序可再生利用。生產(chǎn)的硼纖維大致有3種，即絲徑為75um，100um和140um。絲徑大小可通過牽引速度來控制。
此外，生產(chǎn)硼纖維的其他方法有乙硼烷(diborane)的熱分解及熔融乙硼為原料等生產(chǎn)方法，但經(jīng)確認，CVD法乃是最經(jīng)濟的方法。
材料性能
硼纖維在己有的增強纖維中具有獨特的性能，尤其是它的壓縮強度是其拉伸強度的2倍(6900MPa)，是其他增強纖維尚未看到的。硼纖維的拉伸強度受化學(xué)氣相沉積過程中產(chǎn)生的缺陷來決定。硼纖維產(chǎn)生的缺陷有以下幾種，①二硼化鎢芯材與硼層界面附近有空隙；②在沉積過程中，產(chǎn)生壓扁狀況；③結(jié)晶或結(jié)晶節(jié)生長時，表面有缺陷等。另外，纖維的彈性模量，是由芯線和純硼的體積含量來決定。
應(yīng)用領(lǐng)域
航空航天領(lǐng)域
在航空方面主要用作飛機的零部件。例如，美國空軍飛機F-15戰(zhàn)斗機和海軍飛機F-14戰(zhàn)斗機的垂直尾翼、穩(wěn)定器，B-1飛機機翅縱向通材，直升機CH-54B , F-4飛機方向舵，707飛機襟翼，F(xiàn)-5飛機著陸裝置門，T-39A飛機機翼箱等都使用硼纖維與ep復(fù)合材料。據(jù)介紹，西科爾斯基飛機設(shè)計家所設(shè)計的直升機以及法國制造的幻影2000戰(zhàn)斗機飛機，也采用一些硼纖維。硼纖維與鋁制的復(fù)合管材，可用作直升機的主要結(jié)構(gòu)零件、框架和機殼，大大小小數(shù)百根復(fù)合管己被標(biāo)準使用。
作為更進一步的應(yīng)用，采用硼纖維與環(huán)氧樹脂帶材對飛機金屬機體的修補。己經(jīng)對Lock-heed公司制造的美國軍用飛機C-130運輸機和C-141等機體的龜裂及金屬疲勞部分進行修補，都使用了硼纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料作為補釘，己有實際業(yè)績。特別是近年來，民用運輸機、客運飛機等同樣存在老化問題，也會因長期運行出現(xiàn)龜裂及金屬疲勞，這給硼纖維的應(yīng)用帶來生機，有關(guān)部門正在深入技術(shù)研究。采用硼纖維復(fù)合材料修補飛機有以下特點：①不需要分解機體就可進行修補，這樣可縮短修理、停飛時間，為航空公司帶來效益；②在修補時，不需要鉚釘和螺栓等，可用樹脂粘接修補，這樣可避免因鉚釘、螺栓孔穴產(chǎn)生龜裂與應(yīng)力；③可使用超聲波和渦流非破壞性試驗檢查，不會產(chǎn)生觸電；④可延長疲勞壽命，減少維修成本。
在航天方面，可作航天器的結(jié)構(gòu)零件。采用硼纖維與碳纖維混雜結(jié)構(gòu)，具有很高的剛性，使熱膨脹系數(shù)趨近0，適應(yīng)宇宙中苛刻環(huán)境的變化需要。
體育及娛樂領(lǐng)域
大多數(shù)情況都是將硼纖維與碳纖維制成混雜纖維復(fù)合材料用于體育及娛樂用品。例如，由硼纖維與碳纖維混雜纖維制成的高爾夫球棒，即像單一碳纖維球棒那樣輕，又有鋼質(zhì)球棒那樣的打球感，使高爾夫球的飛行距離及飛行方向都很優(yōu)異；在網(wǎng)球拍及羽毛球拍方面，能改變球拍擊中球中心部分；在釣魚竿方面，采用硼纖維振動傳遞性強，反應(yīng)靈敏，還難折斷；在滑雪板方面，硼纖維因衰減性優(yōu)異，減少板的“撓度”，能適應(yīng)雪面的微妙變化。
工業(yè)制品領(lǐng)域
由于硼纖維強度高，質(zhì)量輕，物性好，可面向工業(yè)制品方面進行開發(fā)。例如，利用硼纖維高導(dǎo)熱性和低燒膨脹系數(shù)等特點，制成硼纖維與鋁合金復(fù)合金屬材料，可用作半導(dǎo)體用冷卻基板；利用硼纖維的高硬度(3200Knoop)，開發(fā)面向錄音剪輯材料及車輪等制品方面應(yīng)用。此外，硼纖維還具有吸收中子的能力，可適用于核廢料搬運及儲存用容器。利用硼纖維的高壓縮強度，在瀝青系碳纖維的強度補強方面也極其有效。
超導(dǎo)線材上
據(jù)介紹，日本的日本青山學(xué)院大學(xué)秋光純教授，于2001年發(fā)現(xiàn)了新的超導(dǎo)物質(zhì)金屬系MgB，該超導(dǎo)物質(zhì)的超導(dǎo)溫度為-234℃(熱力學(xué)溫度39K )，而金屬材料至今的記錄，熱力學(xué)溫度為23K，MgB要高出近2倍，突然間引人注目。
參考資料 >