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非金属材料与成形技术

封面 第5章 非金属材料成形 材料的发展过程 5.1.2非金属材料的分类 2.非金属材料的应用领域 5.2工程塑料及其成形 塑料的组成 2. 工程塑料的性能 拉伸强度、弹性模量和伸长率 3 蠕变性能 5.2.2工程塑料的分类和应用 表5-1 常用的塑料及其性能、用途 续表 续表 5.2.3工程塑料的成形 注射成形主要应用 2 挤出成形 3 压制成形 4 浇铸成形 5 滚塑成形 3.塑料的二次成形技术 图5-7 挤出吹塑成形过程 2 热成形 1)机械加工 3)表面修饰 5.3 工业橡胶及其成形 2.工业橡胶的性能 5.3.2 工业橡胶的分类及应用 2.工业橡胶的应用 续表 5.3.3工业橡胶件的成形 1 塑炼工艺 3.共混 5.挤出 6.裁断 图5-9 橡胶制品生产工艺流程 5.4 工业陶瓷及成形 图5-10 陶瓷显微组织 2.陶瓷的性能 2 陶瓷的物理性能 5.4.2陶瓷的分类及应用 续表 5.4.3陶瓷的成形 1 湿塑成形 5 注射成形 2 温度诱导成形 4.烧结 2 有压烧结 3 反应烧结 6 微波烧结法 5.5复合材料及其成形 图5-11 复合材料的分类 图5-12 三种材料的疲劳强度 5.5.2复合材料的应用 1 玻璃钢(玻璃纤维增强塑料,GFRP) 表5-6 各种单向连续纤维(60vol%)增强聚合物基复合材料的性能 2 碳纤维增强聚合物基复合材料 CFRP 图5-14 CFRP在民用飞机中的应用 2.铝基复合材料(Aluminum Matrix Composites) 铝基复合材料 3.陶瓷基复合材料 CMC 5. 碳/碳复合材料(C/C) 图5-19 C/C在航天领域中的应用 图5-20 C/C作为刹车盘 5.5.3复合材料的成形 图5-21_1 手糊成形法 2 缠绕成形法 3 喷射成形法 2.金属基复合材料的成形方法 4 旋压成形法 图5-22_2 3 模锻成形法 图5-22_3 3.陶瓷基复合材料的成形方法 5.5.4复合材料的二次加工 2.复合材料的连接 2 金属基复合材料 CMC具有高硬度、耐腐蚀性和耐磨性,图5-17为颗粒增强氮化硅制成的复合材料刀具,可以切削高硬度 HRC60以上 的高铬铸铁。同样,CMC还制成耐磨耐蚀件如拔丝模具、耐蚀密封阀、化工泵等。 CMC的最大特点是其高温强度和模量、其最大的应用在航空航天领域,如发动机的各种高温结构件叶片、燃烧室等和导弹的鼻锥、火箭喷管。 此外,CMC可以制作人工关节等,在生物医学领域也得到应用 图5-18 。 图5-17 颗粒增强氮化硅刀具图 5-18 CMC的人工关节和齿 碳/碳复合材料(C/C)是由碳纤维及其制品(碳毡、碳布等)增强的碳基复合材料。一般C/C是由碳纤维及其制品作为预制体,通过化学气体相沉积法 CVD 或液态树脂、沥青浸渍碳化法获得C/C的基体碳来制备的。 C/C的组成只有一个元素──碳,因此具有碳和石墨材料所特有的优点如低密度和优异热性能如耐烧蚀性、抗热振性、高导热性和低膨胀系数等,同时还具有复合材料的高强度、高弹性模量等特点。 C/C首先在航空航天领域得到应用。最初是作为耐烧蚀材料用于军事工业的导弹弹头和固体火箭发动机喷管等。另一军事用途是作为固体火箭发动机喷管、喉衬。此外,在航天领域中采用C/C作为航天飞机的鼻锥、机翼前缘 图5-19 ,因为航天飞机再入大气层时,这些部位需要经受近2 000 ℃的高温。 C/C的另一重要性能是其优异的摩擦磨损性能。C/C复合材料高温摩擦时能大量吸收能量(820~1 050 KJ/Kg),在高速、高能量条件下的摩擦升温高达1 000 ℃以上,其摩擦性能仍然保持平稳,而且磨损量很低,这是其它摩擦材料所不具有的。正因如此,C/C作为军用和民用飞机的刹车盘材料得到广泛的应用,图5-20为空中客车A320的C/C刹车装置。目前,60~70%的C/C主要用于摩擦材料,包括飞机刹车盘、F-1赛车、高速列车的刹车制动材料。 C/C的另一用途是用于生物医学领域,例如人工心脏瓣膜、人工骨骼、人工牙根和人工髋关节等。 C/C具有高温性能和低密度特性,有可能成为工作温度达1 500~1 700 ℃的航空发动机理想轻质材料。目前,研究人员正在进行C/C航空发动机的燃烧室、整体涡轮盘及叶片的应用研究。 1.树脂基复合材料成形方法 目前树脂基复合材料的成形方法已有20多种,并成功地用于工业生产,如手糊成形、喷射成形、树脂传递模塑成形(RTM)、纤维缠绕制品成形、模压成形等。 1 手糊成形法 手糊成形法是指以手工作业为主把玻璃纤维织物和树脂交替铺层在模具上,然后固化成形为玻璃钢(FRP)制品的工艺。 该方法的

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