6-复合材料制备方法详解.ppt

第六章 复合材料的制造方法 6.1概述 复合材料的重要领域之一是其制造技术。 由于制造成本、最佳组织结构等与基体及增强体特性、排列方式等有关，所以制造技术是复合材料中至关重要、且为该领域的研究者非常感兴趣的课题。 在复合材料的制造中，通常是将最终制品的制造与复合材料的成形一起完成。 因此，增强体的最佳排列与分布，不仅是对应于用途的力学性能的要求，而且要满足使用者的要求。 复合材料的制造方法 主要的液相工艺 压挤铸造与压挤渗透 喷雾沉积 热喷射 浆体铸造 定向凝固共晶 金属的定向氧化 主要的固相工艺 粉末冶金 薄膜的扩散键合 利用陶瓷-金属（陶瓷）间的反应 由有机聚合物的合成 主要的气相工艺 PVD(物理气相沉积) CVD (化学气相沉积) CVI (化学气相渗透) 6.2 树脂基复合材料 先进复合材料具有比强度和比模量高、耐疲劳、各向异性和可设计性、材料与结构的一次成型等性能，自上世纪60年代问世以来，很快获得广泛应用，成为航空航天4大材料之一。 随着其材料性能和制造技术的不断改进，复合材料未来在战斗机、大型军用运输机、无人机等平台上必将占有重要地位。 航空工业中制备复合材料制件的主要要求为：可支付得起；高度自动化；好的质量控制；降低模具成本及缩短生产周期。 为了达到这些要求，航空工业正着眼于：编织技术；先进的铺带技术；非热压罐技术；注射工艺；先进的固化工艺；全质量概念及热塑性工艺。 6.2.1 预成形体的制造技术 （1）缝合技术 缝合织物增强复合材料是采用高性能纤维和工业用缝合机将多层二维纤维织物缝合在一起，经复合固化而成的纺织复合材料。 它通过引用贯穿厚度方向的纤维来提高抗分层能力，增强层间强度、模量、抗剪切能力、抗冲击能力、抗疲劳能力等力学性能，从而满足结构件的性能需求。 大部分的缝合复合材料结构的开发项目都是以美国的NASA为主进行的。 最著名的是利用缝合技术制造的复合材料机翼，其中采用了波音公司开发的28m长的缝合机制造飞机机翼蒙皮复合材料预成形体。该缝合机能够缝合超过25mm厚的碳纤维层，缝合速度达3000针/分。除了缝合蒙皮预成形体外，还可缝合加强筋。 缝合完成后采用RFI 技术进行加热和加压。这样生产出的结构件相对于同样的铝合金零件重量减少25%，成本降低20%。 （2） 穿刺 穿刺是复合材料结构三维加强的一种简单方法，在某些方面优于缝合技术。但是它不能用于制造预成形体。 在这个工艺中利用薄的削棒以正确的角度在固化前或固化时插入二维的碳纤维环氧复合材料层板中，从而获得三维增强复合材料结构。Z向削棒可以是金属材料，也可采用非金属材料。 削棒插入的方式有两种，一是采用真空袋热压的方法，二是采用超声技术。 穿刺技术与缝合技术的出现和应用极大改进了复合材料的断裂韧性，意味着复合材料能够承受更高冲击强度和剥离应力。 穿刺技术比缝合技术更具发展潜力，主要是因为其节省了高成本的缝合机，尺寸不受限制，特别是能够进行局部结构的加强，因此是未来飞机机体应用的关键技术。 （3） 三维机织 该工艺目前已经广泛用于复合材料工业，主要用于生产单层、宽幅织物，作为复合材料的增强体。 三维异型整体机织技术是国外上世纪80年代发展起来的高新纺织技术，它创造了一类新的复合材料结构形式。 采用三维异型整体机织技术制造的复合材料制件具有整体性和力学的合理性两大特点，是一种高级纺织复合材料。其突出特点是纺织异型整体织物，如T形、U形、工形、十字形等型材和圆管等，灵活的机织工艺还可以创造出许多新的复杂形状织物。 （4） 编织 编织是一种基本的纺织工艺，能够使两条以上纱线在斜向或纵向互相交织形成整体结构的预成形体。 这种工艺通常能够制造出复杂形状的预成形体，但其尺寸受设备和纱线尺寸的限制。 该工艺技术一般分为两类，一类的二维编织工艺，另一类是三维编织工艺。 （5） 针织 针织用于复合材料的增强结构的方向强度、冲击抗力较机织复合材料好，且针织物的线圈结构有很大的可伸长性，易于制造非承力的复杂形状构件。 目前国外已生产了先进的工业针织机，能够快速生产复杂的近无余量结构，而且材料浪费少。 用这种方法制造的预成形体可以加入定向纤维有选择地用于某些部位增强结构的机械性能。 另外，这种线圈的针织结构在受到外力时很容易变形，因此适于在复合材料上成形孔，比钻孔具有很大优势。但是它较低的机械性能也影响了它的广泛应用。 （6） 经编 采用经向针织技术，并与纤维铺放概念相结合，制造的多轴多层经向针织织物一般称为经编织物。这种材料由于不弯曲，因此纤维能以最佳形式排列。 经编技术可以获得厚的多层织物且按照期望确定纤维方向，由于不需要铺放更多的层数，极大提高经济效益。国外目前已经能够在市场上获得各种宽幅的玻璃和碳纤维经编织物。 这种预成形体有两个优点：