复合材料制备工艺.ppt

材料工程基础—复合材料制备工艺 复合材料制备工艺 §9.1 概述 金属材料：力学性能和可加工性好 多数不耐很高的温度 耐磨和耐蚀性差 陶瓷材料：强度高、耐热、耐磨、耐蚀性好 很脆，加工性能差 高聚物材料：密度很低、韧性好 强度、刚度、耐热性有限 早期人类用茅草与泥浆混合作为建筑材料、在战国时期的越王剑和吴王矛是金属包层复合材料、三国时期的藤甲是用藤浸渍桐油后形成的纤维增强聚合物基复合材料。 1、定义：由两种以上在物理和化学上不同的物质组合起来而得到的一种多相固体 2、组成：基体—连续相(延性、韧性好) 增强/强化相—分散相(强度高、密度小) 3、特点 与传统金属材料相比，复合材料存在以下特点： （1）密度低、比强度、比模量高 （2）疲劳强度高 （3）热膨胀系数小 （4）耐腐蚀、耐热冲击、耐烧蚀等 §9.2 增强材料 选择增强材料的原则： 1) 增强材料的强度、模量和密度； 2) 增强材料与基体材料的相容性； 4) 性能/价格比。 晶须和纤维：高强度、价格昂贵 颗粒增强材料：价廉、耐磨 1、纤维增强材料 主要有玻璃~、芳纶~(Kevlar ~)、尼龙~、聚乙烯~(Spectra ~)、碳~、硼~、碳化硅~(Nicalon ~)、氧化铝~以及金属~（如钨、钼、不锈钢丝等）。 玻璃纤维 碳纤维 碳纤维的结构模型 a-普通型 ； b-高强度型； c-高弹性模量型 一般碳纤维由乱层结构石墨微晶所组成，石墨的网平面不完整，沿纤维轴向排列也不整齐，强度和模量不够高； 高强度碳纤维网平面完整性提高，沿轴向排列也趋于整齐； 高模量纤维则网平面更完整，沿轴向排列更整齐。 2、晶须 目前已研发出上百种晶须，在复合材料中应用的主要是碳化硅~、氧化铝~、氮化硅~等陶瓷晶须。 a) 多角状SiC颗粒b) 等离子喷射熔融法制备的Al2O3颗粒 c) 溶胶凝胶法制备的Al2O3颗粒　 d) α-Al2O3片晶 §9.4 典型的复合材料及其应用 ?（1）按用途分：结构材料、功能材料 （2）按各成分在材料中的集散情况分：分散强化型~、层状~、梯度~ （3）按基体材料类型分：金属基~、聚合物基~、陶瓷基~、碳/碳~（C/C）?? （4）按增强材料形态分：颗粒增强~、晶须增强~、纤维增强~ 层状复合材料—铝包钢线 1、聚合物基复合材料 （Polymer Matrix Composites，简称PMC） 在结构复合材料中发展最早、研究最多、应用最广和用量最大的是聚合物基复合材料。 包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维、碳化硅纤维等增强复合材料 玻璃钢（玻璃纤维增强塑料，GFRP) 突出特点：密度低、比强度高。 应用 航空航天工业：波音B-747飞机的机内、外结构件中玻璃钢的使用面积达到了2700m2，如雷达罩、机舱门、燃料箱、行李架和地板等。 火箭发动机壳体、喷管(耐烧蚀)。 能源领域—风力发动机叶片 风能发电每年以约25%的速率递增 随发电功率增大，风机叶片尺寸越来越大，对强度和刚度的要求提高，大多采用玻璃钢（30多米） 特点之二：具有良好的耐腐蚀性能，在酸、碱、海水，甚至有机溶剂等介质中都很稳定，耐腐蚀性超过了不锈钢。 石油化工：贮罐、容器、管道、洗涤器、冷却塔等 玻璃钢容器（200m3水箱） 大口径玻璃钢输水管道 采用玻璃钢制作的体育用品也越来越多，大到快艇、帆船、滑雪车，小到自行车赛车、滑雪板、钓鱼竿、网球拍、高尔夫球杆等，应有尽有。 复合材料(玻璃钢)制作的渔船 玻璃钢具有透光、隔热、隔音和防腐等性能，因而可作为轻质建筑材料，如用于建筑工程的各种玻璃钢型材。 玻璃钢建筑材料用于上海 东方明珠电视塔大堂装潢 2、金属基复合材料（Metal Matrix Composites、简称MMC） 耐高温、高比强度和比模量；具有高韧性、耐热冲击、导电和导热性能好，并可和金属材料一样进行热处理和其它加工来进一步提高性能。 MMC以基体来分类可分为：铝基、钛基、镁基和高温合