玻璃及复合材料(汽车材料教案).doc

课时：2 教 学 安 排 备注 教学课题 复合材料的性能、分类及在汽车上的应用 教学目标 了解复合材料的性能、分类及在汽车上的应用 教学重点 复合在汽车上的应用现状及发展前景 教学难点 掌握汽车上哪些零配件是复合材料，为什么要用复合材料 教学方法 导学、讲述、交流、阅读 组织教学 安定秩序，进入课堂教学状态 提问导入 你知道汽车上哪些零配件是复合的？ 一 什么是复合材料？ 了解 复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。 二 复合材料的性能 理解 掌握 良好的抗疲劳性能纤维复合材料,特别是纤维树脂复合材料对缺口、应力集中敏感性小，且纤维与基体界面能够阻止疲劳裂纹扩散，改变裂纹扩展方向，故纤维复合材料有较高的疲劳极限。优良的高温性能 如铝合金在300℃时，强度由室温的500 MN/m2降到30～50 MN/m2,而用碳纤维或硼纤维增强后，在此温度的强度与室温基本相同。减震性好 结构的自振频率与材料的比模量平方根成正比，而复材比模量高,故可较大程度地避免构件在工作状态下产生共振；另外,其界面有吸收振动能量的作用。破断安全性好 纤维复合材料中，平均每平方厘米中有几千到几万根纤维。当纤维断裂时，载荷就会重新分配到其他未破裂的纤维上，因而构件不致在短期内突然断裂。 三 复合材料的分类 复合材料是一种混合物。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内／层间混杂和超混杂复合材料。 四 复合材料在汽车上的应用 作为一种新型的轻量化材料，树脂基复合材料正日益成为汽车制造业中的新宠。特别在小批量车型应用领域，它可谓一枝独秀，成为欧美汽车制造商开发新车型的首选材料。那么，复合材料在汽车制造业中具有多长的应用历史？占据什么地位？其工艺技术是否已趋于成熟？应用现状又如何？ 汽车复合材料的历史 自开始制造汽车以来，复合材料，包括天然复合材料和人工合成复合材料便以各种形式应用于汽车中。早在1908年，美国福特汽车公司第一款大批量开发生产的T型车，其引擎盖就是采用天然复合材料——木头制造而成的。其后，很多汽车的车身框架、车底板和汽车装饰品等也均由木质材料制成。在汽车制造史上，复合材料被大规模地应用于汽车部件生产的一个典型例子是汽车的轮胎。众所周知，轮胎的橡胶基体中含有大约50%的碳黑，它不仅使轮胎呈黑色，更主要的是，碳黑的加入显著地提高了轮胎的耐磨性。通过在轮胎纵向方向加入纤维和钢丝，还大大增加了轮胎的结构强度，这是典型的人工合成复合材料在汽车领域的应用案例。尽管现代轮胎的制造技术己取得了巨大进步，但从福特公司T型车诞生以来，轮胎的基本配方和结构形式却一直都没有改变。因此我们可以认为，汽车制造业的发展史，实际上也是复合材料在汽车上的应用史。当然，本文主要介绍的是树脂基汽车复合材料，其历史应该追溯到树脂基复合材料诞生之后。 树脂基复合材料（以下简称“复合材料”）自1932年在美国诞生以来，至今已有近75年的发展历史。然而，其真正批量化应用于汽车工业则始于1953年。据资料记载，1951年，时任通用汽车