第十一章复合素材.ppt

⑴它可改善或克服组成材料的弱点，充分发挥它们的优点； ⑵复合材料具有可设计性。可根据使用条件要求进行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能； ⑶它可造成单一材料不易具备的性能和功能，或在同一时间里发挥不同功能的作用。 第一代：1940年到1960年，玻璃纤维增强塑料 第二代：1960年到1980年，先进复合材料 1965年英国科学家研制出碳纤维 1971年美国杜邦公司开发出凯芙拉纤维(芳纶、聚芳酰胺纤维) 1975年先进复合材料“碳纤维增强、及凯芙拉纤维增强环氧树脂复合材料” 用于飞机、火箭的主承力件上。 第三代：1980年到1990年，碳纤维增强金属基复合材料， 以铝基复合材料的应用最为广泛。 第四代：1990年以后，主要发展多功能复合材料， 如智能复合材料和梯度功能材料等。 “高性能炭/炭航空制动材料的制备技术” 1.强调基体时以基体为主来命名，例如金属基复合材料。 2.强调增强材料时则以增强材料为主命名，如碳纤维增强复合材料。 3.基体与增强材料并用的命名，常指某一具体复合材料，一般将增强材料名称放在前面，基体材料的名称放在后面，最后加“复合材料”而成。例如，“C/AL复合材料”，即为碳纤维增强铝合金复合材料。 4.商业名称命名，如“玻璃钢”即为玻璃纤维增强树脂复合材料。 聚合物基复合材料使用温度100℃～350℃； 金属基复合材料使用温度350℃～1100℃； SiC纤维、Al2O3纤维陶瓷复合材料在1200℃～1400℃范围内保持很高的强度。 碳纤维复合材料在非氧化气氛下在2400℃～2800℃长期使用。 玻璃纤维的特点是强度高，弹性模量低，密度小，比强度、比模量高；化学稳定性好；不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸声、绝缘等。缺点是脆性较大，耐热性低，250℃以上开始软化。由于价格便宜，制作方便，是目前应用最多的增强纤维。 小飞守角制作 汽车挡风玻璃 防辐照性 第三节 常用复合材料 一、纤维增强复合材料 1.常用增强纤维 36 0.22 3.60 2.20 10.20 钼 丝 21 0.21 4.10 4.10 19.40 钨 丝 26 0.54 2.00 4.20 7.74 钢 丝 1780 1.27 4.80 3.43 2.69 SiC纤维(钨芯) 160 1.20 3.82 2.75 2.36 硼 纤 875 1.94 1.26 2.80 1.44 Kevlar49 210 1.10 3.75 2.23 2.00 高模量碳纤（I型） 130 1.80 2.16 2.42 1.74 高强度碳纤（II型） 29 1.40 0.71 3.40 2.55 无碱玻纤 比模量(106N?m?kg-1) 比强度 (106N?m?kg-1) 拉伸模量(105MPa) 抗拉强度 (103MPa) 密度 (g?cm-3) 性能 表11-3 常用增强纤维与金属丝性能对比 (1)玻璃纤维 玻璃纤维是将熔化的玻璃以极快的速度拉成细丝而制得。按玻璃纤维中Na20和K20的含量不同，可将其分为无碱纤维、中碱纤维、高碱纤维。随含碱量的增加，玻璃纤维的强度、绝缘性、耐腐蚀性降低，因此高强度复合材料多用无碱玻璃纤维。 (2)碳纤维 碳纤维是人造纤维(粘胶纤维、聚丙烯腈纤维等)在200～300℃空气中加热并施加一定张力进行预氧化处理，然后在氮气的保护下，在1000～1500℃的高温下进行碳化处理而制得。其含碳量可达85%～95%。由于其具有高强度，因而称高强度碳纤维，也称Ⅱ型碳纤维。 如果将碳纤维在2000～3000℃高温的氩气中进行石墨化处理，就可获得含碳量为98%以上的碳纤维。这种碳纤维中的石墨晶体的层面有规则地沿纤维方向排列，具有高的弹性模量，又称石墨纤维或高模量碳纤维，也称Ⅰ型碳纤维。 与玻璃纤维相比，碳纤维密度小(1.33~2.0g/cm3)；弹性模量高((2.8~4) ×105MPa)，为玻璃纤维的4~6倍；高温及低温性能好，在1500℃以上的惰性气体中强度仍保持不变，在-80℃下脆性也不增加；导电性好、化学稳定性高、摩擦系数小、自润滑性能好。缺点是脆性大、易氧化、与基体结合力差，必须用硝酸对纤维进行氧化处理以增强结合力。 (3)硼纤维 它是用化学沉积法将非晶态的硼涂覆到钨丝或碳丝上而制得的。具有高熔点、高强度、高弹性模量。其弹性模量是无碱玻璃纤维的5倍，与碳纤维相当，在无氧条件下1000℃时其模量值也不变。 此外，它还具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性。缺点是密度大、直径较粗及生产工艺复杂、成本高、价格昂贵，所以