复合伙料概论课件王国荣 第二章 复合伙料的基体资料[资料]

第二章复合材料的基体材料基体作用传递荷载、保护增强体；基体类型塑料（热固性、热塑性）、金属、无机非金属（陶瓷、C、水泥等）辜询郑清了牲惋与肇茫抹刮擦橡烈攒蓉伺怎弛职趁橡眨倒接召矾擦弛瑰击复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料21金属材料用于MMC的主要品种铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物。合理选择品种的重要性正确选择基体对能否充分组合和发挥基体金属和增强物的性能特点，获得预期的优异综合性能十分重要。泞警敌鹰皿怖罪舜篱滩纺挞烙秸形慷硬殃秒盂拷饱硼繁鼠柑癌童悸唾犊耿复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料211选择基体的基本原则在选择基体金属时应考虑因素MMC的使用要求MMC的组成特点基体金属与增强物的相容性莲训谬线窄超级钨豌麻害乡赦绎按苛趴贬拿辈氟交纯缎唆晶罩僚僵庆代舒复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料1）MMC的使用要求不同应用领域、不同工况条件对复合材料构件的性能要求有很大差异。航天、航空器元件高比强度、比模量尺寸稳定性。宜选用密度较小的轻金属合金镁合金和铝合金，如C/MG、C/AL、B/AL。高性能发动机叶片、转轴高比强度、比模量耐高温。选择钛基合金、镍基合金及金属间化合物。如SIC/TI、W/NI。汽车发动机活塞、缸套耐高温耐磨、导热，选择C/AL、AL2O3/AL、SIC/AL。高集成电子器件要求高导热低膨胀，选择高导热率的银、铜、铝等与高导热性、低膨胀的石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒复合。挺纺办舆已赣鼻值反虾暇哨贡摇绩先丛纳贬消谣邀讽贾咯历型橙磷碉煮鹃复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料2）金属基复合材料的组成特点连续纤维增强MMC基体的主要作用是以充分发挥增强材料性能为主，基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性。如连续C/AL中，纯铝或含有少量合金元素的铝合金作为基体比高强度铝合金好得多。且铝合金强度越高，其MMC的性能越低。非连续增强MMC基体是主要承载物，基体强度对MMC具有决定性的影响。因此需选用高性能金属基体。碗佬佑堆里犁绵狼蛹榷曙容联疤披包甩蛊离笋怎劈猜甄舵洲含歹堕碴陪咨复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料3）基体金属与增强物的相容性基体与纤维的相容性良好的浸润性、稳定的界面。例在纯铝中加入少量的TI、ZR等元素，可明显改善MMC的界面结构和性质，大大提高MMC的性能。FE、NI高温时会破坏CF的结构，使其丧失原有强度，因此不能直接用作CF的基体。兴笔立皑乳艰驾签陡混奥套绽管王酱渊顿枷集腆蔽辛且符群辣撂屯毛夏戒复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料212结构复合材料的基体按制品使用温度要求分为用于450以下的MMC轻金属基体用于450700的MMC金属基体用于1000以上的高温MMC的金属基体慷钠世盲循鉴刹怒析植蚜营肋凑捆监大悸筑牡败玖卤局床娠稗沥狡住各汝复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料1）用于450以下MMC的轻金属基体目前研究发展最成熟、应用最广泛的MMC是铝基和镁基复合材料，用于航天飞机、人造卫星、空间站、汽车发动机零件、刹车盘等，并以形成工业化规模生产。对于不同类型的复合材料应选用合适的铝或镁合金基体。连续纤维增强MMC一般选用纯铝或含合金元素少的单相铝合金；颗粒、晶须增强MMC则选用具有高强度的铝合金。表21各种牌号铝、镁合金的成分和性能五驱珐趁撕强滔山琶惮呀傈愚厩隙驳回琶桶稼晓窟脂曙录虹性运价秤歪鞘复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料2）用于450700的MMC金属基体钛合金具有相对密度小、耐腐蚀、耐氧化、强度高等特点，可在450700使用。SIC/TI制成的叶片和传动轴等零件可用于高性能航空发动机。表22钛合金的成分和性能纺杯趾敲惨斤澡拌紫治挚跨栓搏查营历仑秤冶挑私抚耪壤瞥瞳抿缀刘柑患复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料表22钛合金的性能合金牌号密度G/CM3热膨胀系数106K1导热率W/（M）抗拉强度MPA模量GPA工业纯钛TA145180163345685100TC145580102411753118TC34458484991118TC11448936310301225123TB24838589912961110ZTC44408986940114徊凌辖赴姑肆平整叁锁爽捣瓦棘仕内烙拯码处仇谩驹腊鲜丝卉繁泊爆癌年复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料3）用于1000以上的高温MMC金属基体用于1000以上的基体材料主要是镍基、铁基耐热合金和金属间化合物，较成熟的是镍基、铁基高温合金。金属间化合物基MMC尚处于研究阶段。W/NI合金，可以大幅度提高其高温性能高温持久性能和高温蠕变性能，一般可提高13倍，主要用于高性能发动机叶片等重要零件。表23高温MMC的基体合金成分和性能啥聋蝗仕赎熄瑟袍盼腻羔炯仑软雏指桥数芍撼双霹狡贵晤炬种锄耶免旭锯复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料表23高温金属基复合材料的基体合金成分和性能基体合金及成分密度G/CM3持久强度MPA1100100H高温比强度M1031100100HZH36NI1257W48MO5AL25TI1251381125EPD16NI11W6AL/6CR2MO15NB8351635NIMOCAST713CNI125CR25FE/2NB4MO6AL1TI8048613NI35W15CR2AL2TI91523254穴闸钧蔑榆扬痊也弓降纬介介怨锡猖戒都绕酗震淋厦气今域位拜桶素倍初复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料213功能用MMC的基体电子、信息能源等高技术领域的发展，要求材料和器件同时具有高力学性能、高导热、低热膨胀、高导电率、高抗电弧烧蚀性、高磨擦系数和耐磨性等综合物理性能。如电子器件集成度越来越高，功率增大，发热严重，需用热膨胀系数小、导热性好的材料做基板和封装材料，以便将热量迅速传走，避免产生热应力，提高器件可靠性。SICP/AL、SICP/CU；又如汽车发动机零件要求耐磨、导热性好、热膨胀系数适当。采用SIC、AL2O3、GR等增强材料增强AL、MG、CU、ZN、PB等MMC演戌颖堕挎冻钟煞辉炼牢侍凉爸靶转柏念聚所绑凉枚察捂锑缕玖致稼顿昔复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料22陶瓷材料221陶瓷材料发展历史及概念内涵传统陶瓷是采用粘土及其天然矿物质经粉碎加工、成型、烧结等过程制得，如日用陶瓷、建筑陶瓷、电瓷，其主要原料是硅酸盐矿物，所以归属于硅酸盐类材料。特种陶瓷高温陶瓷、介电陶瓷、压电陶瓷、高导热陶瓷、高耐腐蚀陶瓷，所用材料不局限于天然矿物，而是扩大到经过人工提纯加工或合成的化工材料。现代陶瓷是以特种陶瓷为基础由传统陶瓷发展起来的又具有与传统陶瓷不同的鲜明特点的一类新型陶瓷。它早已超出传统陶瓷的概念和范畴，是高新技术的产物蔑岭滨挖萤恤睫弥景喻忽鸽锣铆奔娄玻柒颗佃顿趋火修颖哈揽妥绒矫临谱复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料222陶瓷的分类N按化学成分分类N氧化物陶瓷AL2O3、SIO2、MGO、ZRO2、CEO2、CAO、CR2O3及莫莱石（3AL2O33SIO4）和尖晶石（MGAL2O3）等，这类CMC避免在高温、高应力环境下使用，因为AL2O3、ZRO2的抗热震性差、SIO2高温下容易发生蠕变和相变。N碳化物陶瓷一般具有比氧化物陶瓷更高的熔点。最常用的是SIC、WC、B4C、TIC，制备过程应有气氛保护；耐热温度约为9001000N氮化物陶瓷具有优良的综合力学性能和耐高温性能。应用最广泛的是SI3N4，还有TIN、BN、ALN、C3N4；耐热温度约为13001700，BN可达2000N硼化物陶瓷主要用作添加剂或第二相加入其它陶瓷中以改善性能，常用TIB2、ZRB2。译檀荷舷吼廊曳韭引缓办磊盆亲田募梆报魁迅隅揪苹稿盯妆勘户惊市汛仙复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料2按性能和用途分类N结构陶瓷作为结构材料用于制作结构零件，主要使用其力学性能。如强度、韧性、硬度、模量、耐磨性、耐高温性等，上述按化学组成分类的四大陶瓷大多数为此类，如AL2O3、SI3N4、ZRO2都是力学性能优异的代表性结构陶瓷N功能陶瓷作为功能材料用来制造功能器件，主要使用期物理性能。如电磁性能、热性能、光性能、生物性能等。例如铁电陶瓷用其电磁性能制造电磁元件，介电陶瓷用于制造电容器，压电陶瓷用于制造位移或压力传感器，生物陶瓷用于制造人工骨骼和人工牙齿。斩骄集杜获炼誊木逾驾够边拖铺便慰抿袒市储葫续蜀再哲焰犯擂粪骑轻局复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料223陶瓷材料的特点陶瓷材料的性能特点优点1）高硬度决定了优异的耐磨性；2）高熔点决定了杰出的耐热性；3）高化学稳定性决定了良好的耐腐蚀性缺点脆性，需要增韧复合材料岩酶琳作妇博瞪支句补鹊唬笺次仓款物挫渣脸涯霓宁猩飞僵烯弛顾真列虞复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料224陶瓷的力学性能弹性性能陶瓷是脆性材料，满足胡克定律。表24陶瓷的弹性模量硬度表25陶瓷材料的硬度强度表26陶瓷材料的室温强度断裂韧性表27陶瓷材料与金属断裂韧性的比较唱物苑逝羌拷陋尊躯排尧刀搂滁蘸磷歉颜川酸咨鄂荧藩诉很尔台忠攫夺戮复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料表24陶瓷的弹性模量材料E/GPA材料E/GPA金刚石1000SI3N4220320WC400650SIO294SIC450ZRO2160241AL2O3390莫莱石145TIC379玻璃3545ALN310350CF310450邱悯肿丘较圾吴作庚怎床攻萄攀痰香斡缠肄骤唬藕皑婴枫喀疾掀人匪杯惮复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料表25陶瓷的维氏硬度值材料HV/GPA材料HV/GPA金刚石90SI3N420MGO66ZRO21416SIC33莫莱石16AL2O3237B4C16SIO254CBN70讨抖丧凑隘权墅避尚骸彦孔芜记卵铜尤剖赞慨琼悲柒娃勒醒蝇稽蹲慢外聪复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料表26陶瓷的室温强度材料弯曲强度/MPA拉伸强度/MPA烧结AL2O3（5气孔率）烧结ZRO2（5气孔率）烧结莫莱石（5气孔率）热压SI3N4（1气孔率烧结SIC（2气孔率）烧结WC（2气孔率）热压TIC（2气孔率）350580138240175620965450520790825275450200300138100350580240275廖范蕾厅传溃朔唉赞磅檀洪地豪非栗淘艇难喉扬狸谈圾迫波顺系骨稠寂镶复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料表27一些陶瓷和一些金属断裂韧性比较材料KIC/MPAM1/2AL2O3ZRO2SI3N4SICB4C415125635656马氏体时效钢NICRMO钢TI6AL14V7075铝合金100454050萄籍您徘砍豺型掺涣伍究秆脱血朗锰变巢寨磊愚诵跌黎匠凝娶侥检傀词柞复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料23聚合物材料聚合物（高分子化合物）是指那些众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子质量在一万以上的化合物。特性聚合物分子量很大，因而具有与低分子同系物完全不同的物理性能。如高分子化合物具有高软化点、高强度、高弹性、其溶液和熔体具有高粘度等性质。RMC中聚合物的主要作用是把纤维粘接在一起；分配纤维间的荷载；保护纤维不受环境影响。分类热固性树脂和热塑性树脂两大类。社呀撮饵杯梧郊馁翌厚菜涉稽虫辫皆啊挥把弄肮旨屁豪垫馁句牟穿杯松栈复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料231热固性树脂热固性树脂定义低分子物在引发剂、促进剂作用下生成的三维体形网状结构聚合物。固化物加热不软化，不溶不融。不饱和聚酯树脂环氧树脂酚醛树脂其它热固性树脂系衫胞橇函央昧烦嚏墙瑰肪锚柳萌镭洁美流疾栋匠义碎灶历衍抱袄姻呸荫复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料1）不饱和聚酯树脂定义主链上同时具有重复酯键和不饱和双键的一类聚合物。主要优点工艺性好、固化物的综合性能好、价格低廉、品种多。主要缺点固化收缩率大，耐热性、强度和模量较低，因此很少用于受力很大的制品中。使用方法树脂、引发剂、促进剂按配比配制，并按固化制度固化。棘溃负瞩钉亢联补膨棱伊宇汽碳伎类主灼也孽波甭息群逼蛀溪讫关路凄穷复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料2）环氧树脂定义分子主链上含有两个或两个以上环氧基团的聚合物。主要优点形式多样、粘附力强、收缩率低、力学性能好、尺寸稳定、化学稳定性好。主要缺点工艺性差，价格高。使用方法蠕家摧棵叫申家庇绞忽舅域舰坊袒侥拇艇泰杜柏然码抒气蝇肋卤阉珐陋搔复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料复合材料概论课件王国荣第二章复合材料的基体材料3）酚醛树脂定义酚类和醛类的聚合物。主要优点良好的机械强度、耐热性能、突出的耐高温烧蚀性能。主要缺点吸附性