陶瓷纖維www.tool-tool.com

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新三角箭ZMC之謎

一. ZMC所需要的特性
1.高硬度
2.超薄但仍具高強度
3.低密度
4.高韌性
二.陶瓷-特性
優點
1.耐高溫
2.耐磨耗
3.高強度
4.耐酸、耐鹼
缺點
1.高脆性
(因為電子雲重疊或轉移而鍵結，所以一旦陶瓷材料受力，原子彼此錯開，共價鍵的陶瓷電子雲不在重疊，無法鍵結，形成破裂，離子陶瓷因為鄰近原子變成陽陽或陰陰，產生斥力而破裂，因此陶瓷材料大多為"脆性"。)
2.加工不易
三. 玻璃纖維-特性
優點
1.拉伸強度高 (彈性限度內伸長量大且拉伸強度高，故吸收衝擊能量大。)
2.加工性佳，可作成不同形態之產品
缺點
1.耐磨性差
2.不耐高溫
四. 碳纖維-特性
優點
1.比鋁輕
2.比鋼硬
3.其比重為鐵的四分之一
4.強度是鐵的十倍
5.高抗腐蝕性
6.耐熱性好
缺點
1.太貴
五.陶瓷纖維材料碳碳複合物 Carbon-carbon Composites (C-C Composites)
連續纖維陶瓷複合物Continuous Fiber Ceramic Composites(CFCCs)
基於纖維長度和強度的比較之後，我們選擇使用後者CFCC 也就是連續纖維陶瓷複合物。

如上圖列出一般在製造上常使用的材料，包括聚合物(也就是塑膠)、金屬和陶瓷，列出在製造過程中溫度的最大容許度比較，可以很明顯的看到在圖表的最右邊那條紅色的長條，顯示出含碳的陶瓷纖維對於熱的容許度相較於一般材料而言是高出許多的，也就是說含碳的陶瓷纖維非常的耐熱。
六. Continuous Fiber Ceramic Composites(CFCCs)
1.保有單基陶瓷的高硬度、高強度、耐高溫、耐磨耗等特性
2.容許適量應變
3.架橋作用更加明顯
（經過一些化合物經過UV照射會會進行反應，而將兩個單獨的化合物連結在一起,此過程就稱為架橋反應）
4.強化物多為碳化物或碳 (避免高溫氧化)
5.需特殊製程，較昂貴
七.碳化矽及氧化鋁基材(應用於環境)介紹

Room-temperature mechanical properties of several commercially available CFCCs

補充：
單晶氧化鋁(Al2O3 Single Crystal )
1.硬度(Mohs 9)僅次於鑽石(Mohs 10)
2.高光學透光率(400~4000 nm)從UV到Mid-IR
3高熱傳導
4.耐高溫材料(工作溫度1800~1950，熔點2050℃)
八.抗磨係數比較

陶瓷材料的抗磨係數明顯大於其他材料。
九.一般材料的強度比較
各金屬的拉伸強度(TS)
Aluminum Wrought Alloys 2014-T6 469 MPa
Aluminum Wrought Alloys 6061-T6 290 MPa
Cast Iron Alloys Malleable 276 MPa
Copper Alloys Bronze C86100 655 MPa
Steel Alloys Structural A36 400 MPa
Plastic Reinforced Kevlar 49 717 MPa
與一般合金相比，陶瓷材料的強度不相上下。
十.CMC材料製成的方法 1

1.

1.熱壓加速緻密化，減少孔隙
2.典型例子為氧化鋁鬚晶強化碳化矽複材
包含兩主要階段：
(1)將強化物植入基材漿體
(2)藉燒結固化基材
3.特別適用於玻璃基或玻璃陶瓷基連續纖維複材。（因其製程溫度較低）
十一.CMC材料製成的方法 2

優點：
1.製程便宜
2.機械性質（強度、韌度）優
3.殘留金屬可能可以韌化材料
缺點：
1.無法將金屬全部氧化成陶瓷
2.難以製造大型、複雜零件，如航太應用方面
十二.CMC材料製成的方法 3

優點：
1.基材緻密性高，幾無孔隙
2.基材可由單一步驟製程獲得
3.基材均質性高
缺點：
1.高熔點的陶瓷可能與強化物反應
2.熔融陶瓷粘度大，製程控制較困難
3.若基材與強化物的熱膨脹係數不同，固化時基材易產生裂紋
十三.CFCCs材質的應用
1.航太材料-抗高溫
2.刀具-硬度高
3.高溫爐-抗高溫
4.列車煞車碟盤-抗磨
十四. CFCCs材料性質結論
1.高硬度、高強度、耐高溫、耐磨耗等特性
2.容許適量應變
3.適合做為刀具、航太材料等
資料來源
1.http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1007111202769
2.http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1607031509722
3.http://elearning.stut.edu.tw/caster/3.10-2.htm
4.http://203.64.219.18/%E8%AA%B2%E7%A8%8B%E8%B3%87%E8%A8%8A/%E8%A4%87%E5%90%88%E6%9D%90%E6%96%99/06_CMC.pdf
報告人：魏杜光、章德傑、黃信閔、陳翰毅、黃書瑋

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