2021材料导论-复合材料1.ppt

复合材料;;问题解决思路：;材料强度密度比在不同年代里的进展(由图中可以看 出,现代先进材料的强度已比原始材料提高了约50倍);网球拍材料发展;飞机用材料的发展;A380，每位乘客的百公里能耗不到3升，比竞争机型的能耗低12%； 空中巴士公司的A350超宽客机，复合材料结构将达62%，A350的百公里能耗预计只有2.5升/人，几乎可以跟现在的小汽车媲美。 ;大飞机制造材料： 北京航空材料研究院益小苏;;30年代教练机;+175;纤维混凝土井盖 ;讲授内容：;一、什么是复合材料？;复合材料是多相材料，主要包括基体相和增强相。;;（1）基体材料类型;（4）材料作用;四、复合材料的发展历史 远古时代出现。例如：古代草混在泥土中，做壁体的房顶，草混土就是原始的纤维增强复合材料；公元前埃及的金字塔就使用了石灰、火山灰等作粘结剂，并以砂石混合作为混凝土材料，这是原始的粒子分散复合材料。 现代复合材料发展是近几十年的事： 树脂基复合材料（玻璃钢）70年历史， 金属基和无机非金属基复合材料的发展有30多年历史。;;;;;五、复合材料的发展趋势;复合材料的发展趋势;一、粒子增强型复合材料的增强机制 1、弥散强化复合材料的增强机制 将粒子高度弥散地分布在基体中，使其阻碍导致塑性变形的位错运动(金属基体)和分子链运动(聚合物基体)。 这种复合材料是各向同性的。 其强化效果与粒子直径、体积分数有关，质点尺寸越小体积分数越高，强化效果越好。;用金属或高分子聚合物把具有耐热性、硬度高但不耐冲击的金属氧化物、碳化物、氮化物粘结在一起而形成的材料。 由于强化相颗粒较大，对位错的滑移（金属基）或分子链运动（聚合物基）已没有多大的阻碍作用，强化效果并不显著。 主要不是提高强度，而是改善耐磨性或提高综合力学性能。; 以各种金属和非金属作为基体，以各种纤维作为增强材料的复合材料。 纤维增强复合原则; 1）弹性模量及强度 外力方向与纤维轴向相同时，?c= ?f = ?m (f-纤维、 m-基体、 c-复合材料)，则;粒子增强型复合材料增强机制;纤维增强遵循原则：;三、复合材料的界面;2、界面结???的类型;3、纤维增强复合材料界面特点;4、怎样通过控制界面特征对材料性能产生作用？ 界面厚度、残余应力、界面能、结合强度;1、力学性能： 比强度和比模量高， 抗疲劳性能好。 纤维增强复合材料最高 ;2、热性能：高温性能好增强纤维熔点高。 导热性能： 金属基复合材料：50～65W/（m·K）； 陶瓷基复合材料：0.7～3.5W/（m·K）； 树脂基复合材料：0.35～0.45W/（m·K）。 3、耐自然老化性能： 陶瓷基复合材料金属基复合材料树脂基复合材料4、减振性能良好 复合材料中大量界面对振动有 反射吸收作用，不易产生共振。 5、生产工艺： 树脂基复合材料生产工艺成熟，产品成本最低； 金属基复合材料次之； 陶瓷基复合材料工艺最复杂，产品成本也最高。;4.3增强材料 ;一、纤维的种类 1、玻璃纤维： 2、碳纤维： 3、硼纤维： 4、金属纤维： 5、陶瓷纤维： 6、芳纶纤维 7、晶须;纤 维;;玻璃纤维布;三、碳纤维——比人发细、比铝轻、比钢强 有机纤维在惰性气氛中高温碳化而成的纤维状碳化合物。主要以聚丙烯腈、人造丝、石油沥青或煤沥青为原料。 强度高、刚度高、耐疲劳、重量轻： 碳纤维/合成树脂复合材料的比模量比钢和铝合金高5倍，比强度高3～4倍，代替金属材料材料。美国AV-8B垂直起降飞机的重量减轻了27％。F-18战斗机减轻了10％。;;碳纤维制成的车身;用于小汽车上碳纤维复合材料构建;四、 硼纤维 两种类型：硼沉积在细钨丝上， 硼沉积在涂碳和涂钨的石英纤维上。 硼纤维直径约100μm。化学反应式如下： 2BCl3+3H2 = 2B+6HCl 硼纤维具有较高的强度、模量，其弹性模量比玻璃纤维高出4倍，强度超过钢的强度。硼纤维还具有耐高温的特点。主要用于航天航空工业。;;性能特点：具有芳环链结构，刚性很大，模量为钢丝的5倍，强度可达3.9GPa，高于经过拉伸的钢丝。密度为钢丝1/5，比碳纤维轻15%，比玻璃纤维轻45%。 热稳定性好：180℃温度，仍能保持性能不变。韧性好，-196℃低温，仍不脆和不失去拉伸强度。 热膨胀系数低：0～100℃温度，约为2×10-6℃-1。 缺点：抗压强度低 用于橡胶增强，制造轮胎、三角皮带、 同步带等。芳纶-29用于绳索、电缆、 涂漆织