常用的复合材料.ppt

6 3常用的复合材料一 纤维增强复合材料1 常用增强纤维主要有玻璃纤维 碳纤维 硼纤维 碳化硅纤维 Kevlar有机物纤维等 玻璃纤维绳 玻璃纤维布 玻璃纤维绳 玻璃纤维纸 纳米碳管纤维 碳纤维绳 1 玻璃纤维按玻璃纤维中Na2O和K2O的含量不同 可将其分为无碱纤维 碱的质量分数12 随着碱量的增加 玻璃纤维的强度 绝缘性 耐蚀性降低 特点 强度高 抗拉强度可达1000 3000MPa 弹性模量比金属低得多 为 3 5 104MPa 密度小 为2 5 2 7g cm3 化学稳定性好 不吸水 不燃烧 尺寸稳定 隔热 吸声 绝缘等 缺点 脆性较大 耐热性低 250 以上开始软化 优点 价格便宜 制作方便 2 碳纤维碳纤维是人造纤维 粘胶纤维 聚丙烯腈纤维等 是在200 300 空气中加热并施加一定张力进行预氧化处理 然后在氮气的保护下于1000 1500 的高温中进行碳化处理而制得 其碳含量Wc85 95 由于其具有高强度 因而称高强度碳纤维 也称 型碳纤维 在2500 3000 高温的氩气中进行石墨化处理 就可获得含碳量为Wc98 以上的碳纤维 又称石墨纤维或高模量碳纤维 也称 型碳纤维 特点 与玻璃纤维相比 碳纤维具有密度小 1 33 2 0g 3 弹性模量高 2 8 4 105MPa 高温及低温性能好 导电性好 化学稳定性高 摩擦因数小 自润湿性好 缺点 脆性大 易氧化 3 硼纤维它是用化学沉积法将非晶态的硼涂覆到钨丝上而制得的 具有高熔点 2300 高强度 2450 2750MPa 高弹性模量 3 8 4 9 105MPa 具有良好的抗氧化性 耐蚀性 缺点 密度大 直径较粗及生产工艺复杂 成本高 价格昂贵 4 碳化硅纤维它是用碳纤维作底丝 通过气相沉积法而制得 具有高熔点 高强度 高弹性模量 其突出特点是具有优良的高温强度 在1100 时其强度仍高达2100MPa 5 Kevlar有机纤维 芳纶 聚芳酰胺纤维 特点 比强度 比模量高 其强度可达2800 3700MPa 密度小 只有1 45g 3 耐热性比玻璃纤维好 它还具有优良的抗疲劳性 耐蚀性 绝缘性和加工性 2 纤维 树脂复合材料 1 玻璃纤维 树脂复合材料亦称玻璃纤维增强塑料 也称玻璃钢 1 热塑性玻璃钢它是由20 40 的玻璃纤维和60 80 的热塑性树脂 如尼龙 ABS等 组成 具有高强度和高冲击韧性 良好的低温性能及低热膨胀系数 2 热固性玻璃钢它是由60 70 玻璃纤维 或玻璃布 和30 40 热固性树脂 环氧 聚酯树脂等 组成 主要优点 密度小 强度高 耐蚀性 绝缘性 绝热性好 吸水性 防磁 微波穿透性好 易于加工成型 缺点 弹性模量低 热稳定性不高 只能在300 以下工作 3 硼纤维 树脂复合材料主要由硼纤维与环氧 聚酰亚胺等树脂组成 具有高的比强度 比模量 良好的耐热性 其缺点是各向异性明显 2 碳纤维 树脂复合材料最常用的是碳纤维与聚酯 酚醛 环氧 聚四氟乙烯等树脂组成的复合材料 具有高强度 高弹性模量 高比强度和比模量 还具有优良的抗疲劳性能 耐冲击性能 自润滑性 减摩耐磨性 耐蚀性及耐热性 缺点是纤维与基体结合力低 4 碳化硅纤维树脂复合材料由碳化硅纤维与环氧树脂组成的复合材料 具有高的比强度 比模量 5 Kevlar纤维树脂复合材料由Kevlar纤维与环氧 聚乙烯 聚碳酸酯 聚酯等树脂组成 主要性能特点是抗拉强度大于玻璃钢 而与碳纤维 环氧树脂复合材料相似 延性好 与金属相当 其耐冲击性超过碳纤维增强塑料 其疲劳抗力高于玻璃钢和铝合金 减振能力为钢的8倍 3 纤维 金属 或合金 复合材料纤维增强金属复合材料是由高强度 高模量的脆性纤维 碳 硼 碳化硅纤维 与具有较高韧性及低屈服强度的金属 铝及其合金 钛及其合金 铜及其合金 镍合金 镁合金 银铅等 组成 具有高的横向力学性能 高的层间剪切强度 冲击韧性好 高温强度高 耐热性 耐磨性 导电性 导热性好 不吸湿 尺寸稳定性好 不老化等优点 1 纤维 铝 或合金 复合材料1 硼纤维 铝 或合金 基复合材料 硼和铝在高温易形成AlB2 与氧易形成B2O3 故在硼纤维表面要涂一层SiC以提高硼纤维的化学稳定性 特点 具有高弹性模量 高抗压强度 抗剪强度和疲劳强度 应用 主要用于制造飞机和航天器的蒙皮 航空发动机叶片等 2 石墨纤维 铝 或合金 基复合材料 由 型碳纤维与纯铝或形变铝合金 铸造铝合金组成 特点 具有高比强度和高温强度 在500 时其比强度为钛合金的1 5倍应用 主要用于制造航天飞机的外壳 飞机蒙皮 3 碳化硅纤维 铝 或合金 复合材料它是由碳化硅纤维与纯铝 或铸造铝合金 铝铜合金等 组成的复合材料 特点 具有高的比强度 比模量 硬度高 应用 用于制造飞机机身结构件及汽车发动机的活塞 连杆等 2 纤维 钛合金复合材料由硼纤维或改性硼纤维 碳化硅纤维与钛合金 Ti 6Al 4V 组成 它具有低密度 高强度 高弹性模量 高耐热性 低热膨胀系数的特点 3 纤维 铜 或合金 复合材料由石墨纤维与铜 或铜镍合金 组成的材料 为了增强石墨纤维和基体的结合强度 常在石墨纤维表面镀铜或镀镍后再镀铜 石墨纤维增强铜或铜镍合金复合材料具有高强度 高导电性 低的摩擦因数和高的耐磨性 以及在一定温度范围内的尺寸稳定性 4 纤维 陶瓷复合材料用碳 或石墨 纤维与陶瓷组成的复合材料能大幅度提高陶瓷的冲击韧性和抗热振性 降低脆性 而陶瓷又能保护碳 或石墨 纤维在高温下不被氧化 因而这类材料具有很高的强度和弹性模量 除上述三大类纤维增强复合材料外 近年来研制了多种纤维增强复合材料 例C C复合材料 混杂纤维复合材料等 二 叠层复合材料叠层复合材料是由两层或两层以上不同材料结合而成 1 双层金属复合材料将性能不同的两种金属用胶合或熔合铸造 热压 焊接 喷涂等方法复合在一起 以满足某种性能要求的材料 2 塑料 金属多层复合材料典型代表是SF型三层复合材料 如图6 4所示 三 粒子增强型复合材料 1 颗粒增强复合材料 d 1 m 体积分数 v 20 金属陶瓷是常见的颗粒增强复合材料 硬质合金就是以TiC WC 或TaC 等碳化物为基体 以金属Ni Co为粘合剂 将它们用粉末冶金方法经烧结所形成的金属陶瓷 2 弥散强化复合