材料工程基础：第9章 复合材料制备工艺.ppt

材料工程基础—复合材料制备工艺 第10章 复合材料制备工艺 教学目标： 1、熟悉复合材料的基础理论知识 2、了解复合材料的常见成形方法 教学内容： §9.1 概述 §9.2 增强材料 §9.3 典型复合材料及其应用 §9.4 复合材料制备工艺 §10.1 概述 金属材料：力学性能和可加工性好 多数不耐高温 耐磨和耐蚀性差 陶瓷材料：强度高、熔点高、耐磨、耐蚀性好 很脆，加工性能差 聚合物材料：密度很低、韧性好 强度、刚度、耐热性有限 远古：6000年前稻草加泥浆?建筑材料 古代：战国时期金属包层复合材料?越王剑、吴王矛 三国时期藤浸渍桐油?藤甲 现代：莱特兄弟（Wright）浸树脂的棉布?飞机蒙皮 1、定义：由两种或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。 复合材料应满足条件： （1）各组元含量大于5% （2）性能显著不同于各组元 （3）通过各种方法混合而成 2、组成：基体—连续相（延性、韧性好） 增强/强化相—分散相(强度高、硬度好) §10.2 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； 3) 性能/价格比。 晶须和纤维：强度高，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~ 、碳~、硼~、碳化硅~(Nicalon ~)、氧化铝~、芳纶~(Kevlar ~)、尼龙~、聚乙烯~(Spectra ~) 以及金属~(如钨、钼、不锈钢丝等)。 玻璃纤维 碳纤维 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。 3、颗粒增强材料 碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硼、石墨等 §10.3 典型的复合材料及其应用 ?分类 （1）用途：结构~、功能~ （2）各成分在材料中的集散情况：分散强化型~、层状~、梯度~ （3）基体材料类型：金属基~、聚合物基~、陶瓷基~、碳/碳（C/C）~?? （4）增强材料形态：颗粒增强~、晶须~、纤维~ （5）增强机理：弥散增强~、颗粒~、纤维~ 层状复合材料—铝包钢线 复合材料增强机制 1、弥散增强复合材料 基体：承受外来载荷的主要相 颗粒：阻碍基体位错或分子链运动 阻碍裂纹的扩展 2、颗粒增强复合材料 基体和颗粒共同承受外来载荷 颗粒：限制颗粒邻近基体运动 阻碍裂纹的扩展 3、纤维增强复合材料 基体：传递载荷到增强相； 保护纤维； 阻止裂纹扩展。 纤维：承受由基体传递来的有效载荷（主承力相）。 应用 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。 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、比强度和比刚度高。 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。 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（40多米长） 体育用品：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 特点之二：具有良好的耐腐蚀性能 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 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