复合材料的特点.ppt

第三节 复合材料的基本性能 复合材料的特点： 1、轻 2、强 固体火箭发动机壳体性能用容积特性来表征， 即容积特性系数= PV /W P： 爆破压强 V：容积体积 W：材料质量 超高强钢，容积特性系数为： 5～8 km， 钛合金为： 7～11 km， 玻璃钢为： 12～19 km， CFRP 容积特性系数高于 GFRP。 美国“北极星”导弹的固体发动机壳体由金属材料到非金属材料制造，射程提高了 1 倍左右。 AⅠ型的两级壳体都用钢，射程：2200 km； AⅡ型第一级为钢，第二级用 GFRP，射程： 2800 km； AⅢ 两级都用 GFRP，射程： 4600 km。 复合材料的共同特点： 可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能。 可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。 可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。 2) 抗疲劳性好：一般情况下，金属材料的疲劳极限是其拉伸强度的20～50％，CF增强树脂基复合材料的疲劳极限是其拉伸强度的70～80％ 3）减震性好； 4）过载安全性好； 5）具有多种功能（耐烧蚀性好、有良好的耐摩擦性能、高度的电绝缘性能、优良的耐腐蚀性能、有特殊的光学、电学、磁学性能）； 6）成型工艺简单； 7）材料的结构、性能具有可设计性 金属基复合材料的基本性能 1）比模量、比强度高： 2）导电、导热性：在金属基复合材料中，金属基体占有很高的体积百分比（60%以上）因此仍保持金属所具有的良好导电、导热性。 3）热膨胀系数小，尺寸稳定性好； 4）良好的高温性能； 5）耐磨性好 6）良好的疲劳性和断裂韧性； 7）不吸潮、不老化、气密性好； 陶瓷基复合材料的主要性能 陶瓷材料强度高、硬度大、耐高温、抗氧化、耐化学腐蚀性优良、热膨胀系数小、密度小。但其抗弯强度不高、断裂韧性低，利用高强度、高模量的纤维或晶须增强后，其高温强度和韧性可大大提高。 　三种复合材料的性能比较 1）使用温度范围： 树脂基： 60~250℃； 金属基：400~600℃； 陶瓷基： 1000~1500℃； 2）力学性能： 取决于增强材料和基体材料的性 能、含量、分布，三类复合材料 通过结构设计均可制备出高强度 的复合材料。 3）导热性： 树脂基： 50~65w/M·K； 金属基： 0.35~0.45w/M·K； 陶瓷基： 0.7~3.5w/M·K； 4）耐腐蚀性：陶瓷基与树脂基复合材料优于金属基复合材料 5）生产工艺和成本：树脂基复合材料生产工艺成熟，成本低，金属基次之，陶瓷基复合材料的工艺最复杂，成本也最高。 * * 迟伟东 碳纤维及复合材料研究所301 E-mail: wdchi@163.com 电话 主要参考书 《高性能复合材料》，郝元恺、肖加余，化学工业出版社。 《复合材料工艺学》，肖翠荣、唐羽章，国防工业大学出版社。 《聚合物基复合材料》，宋焕成、赵时熙，国防工业出版社。 《碳纤维及其复合材料》，贺福、王茂章，科学出版社。 《高性能树脂基体》，陈祥宝等，化学出版社。 《复合材料概论》，王荣国等，哈尔滨工业大学出版社。 《纤维复合材料》，肖长发，中国石化出版社。 《复合材料导论》，张双寅等译，中国建筑出版社。 第一讲：复合材料概述 人类社会按使用材料的不同,划分为七个时代: 石器时代 公元前10万年 青铜器时代 公元前3000年 铁器时代 公元前1000年 水泥时代 公元0年 钢时代 1800年 硅时代 1950年 新材料时代 1990年 材料的四大家族 金属材料：自身潜力远未穷尽 金属间化合物：通常金属间化合物有两种或多种原子组成且具有有序结构，它具有密度小、强度高及高温力学性能和抗氧化性能优异的特点，倍时为新一代高温结构材料 轻金属合金材料：铝合金、镁合金、钛合金 难熔金属及合金：钽、铼、钨、钼、铌及其合金 稀土金属材料：稀土永磁材料、稀土贮氢材料、稀土功能材料等 形状记忆合金：宽滞后镍钛铌系形状记忆合金、高温记忆合金和轻型记忆合金、铁基形状记忆合金； 非晶态金属材料：１）结构的长程无序性和短程有序性；２）热力学亚稳性；３）优异的性能（高强度、独特的磁性能）； 准晶合金材料 陶瓷材料：特殊环境舍我其谁 陶瓷的典型性能：１）高温力学性能；２）化学稳定性；３）电学性能；４）光学性能；５）功能转换效应（压电效应、热电效应、声光效应、磁光效应、光色效应等） 高温结构材料 氮化硅陶瓷、Sialon陶瓷