复合材料应用

,5,复合材料应用例1：飞船宇宙飞行时，外壁温度为零下110，返回地面时外表温度可达4000，合金钢2000即熔化，目前没有任一种单一材料可抵抗此温度美国航天飞机“哥伦比亚号”外表覆盖了可重复使用的聚合物基复合材料隔热瓦片30757块，成功解决了此难题例2：宇宙飞行器上的雷达天线，称为“飞行器眼睛”。为降低信号损失，对其尺寸稳定性有严格要求：变形小于万分之一，重量轻、强度高，工作环境却非常恶劣：发射加速度冲击与振动，-20070高模量碳纤维/环氧树脂复合材料几乎为唯一满足要求的材料例3：美国MX导弹发动机由碳纤维/环氧缠绕壳体取代钛合金， CFWRP的比重仅为合金钢的1/5，导弹射程由1千公里,增至4千公里,例5:AV-88 Harrier世界上第一,种实用型垂直/短距起落飞机,例6：商用波音757视频6,7,第一节 复合材料概述,第二节 复合材料的复合理论,第三节 常用复合材料,第六节 复合材料的发展趋势,讲授内容一、复合材料的涵义,二、复合材料的分类三、复合材料的命名四、复合材料的性能特点,一、增强机制二、增韧机制,一、纤维增强型复合材料,二、颗粒增强型复合材料,三、叠层复合材料第四节 功能复合材料第五节 复合材料应用概况,8,第一节 复合材料概述,木质素纤维素,95%片状文石5%蛋白质一多糖,胶原蛋白磷灰石,泥土树枝,9,一、复合材料的涵义.flv,由两种或更多种物理和化学性质不同的物质，经人工组合而成的一种多相固体材料,复合材料的相组成,基体材料或连续相，把改善性能的增强相材料固结成一体并传递应力增强材料、增强剂或分散相，以纤维、颗粒或板片的形式分布于基体相中承受应力，显示功能10,基体相增强相,复合材料,混凝土,玻璃钢,环氧树脂： 粘结作用-基体相或基体材料玻璃纤维： 承受载荷-增强相或增强材料基体相：水泥增强相：沙子、卵石11,12,复合材料的优点,1）不仅保留了原组成材料的特色，而且通过各组分性能的互相补充和关联可以获得原组分所没有的新的优越性能例：在一些塑料中加入玻璃纤维及无机填料提高强度、刚性、耐热性，同时又发挥塑料的轻质、易成型等特性；添加碳黑使塑料具有导电性，添加铁氧体粉末使塑料具有磁性,2）可按照构件的结构和受力要求，给出预定的、分布合理的配套性能，进行材料的最佳设计,例：定向纤维复合材料若使构件的纤维与所受外力一,致时，便可使构件在此方向上的强度大大提高,3）可以获得单一材料无法具备的电、声、磁等特殊的功能,13,二、复合材料的分类树脂基,按基体材料的种类按增强材料的形态按复合材料的使用性能,金属基陶瓷基纤维增强颗粒增强叠层(层状)增强结构功能,14, 如氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、碳化钛等,基体材料(1) 树脂材料 以合成树脂为主：较高的力学性能、介电性能、耐热性能、耐老化性能、良好的工艺性能 酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂 最近发展的新型的 热固性树脂（如邻二甲酸二丙烯酯树脂、聚二苯醚树脂、聚酰亚胺树脂）和 热塑性树脂（如聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、 ABS等）(2) 金属材料 铝、铜、钛、镁及高温合金等 铝基材料：研究最多、发展最快、技术较成熟、应用较广(3) 陶瓷材料 氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷,15,增强材料, 在复合材料中，凡能提高基体力学性能的材料均可称,为增强材料，它是提高结构复合材料的关键组分 按形态可分为纤维状、颗粒状和层状增强材料,16,三、复合材料的命名,1以基体材料为主命名：如金属基复合材料2以增强材料为主命名：如碳纤维增强复合材料,3基体和增强材料并用：常指某一具体复合材料，一般增强材料名称在前，基体材料名称在后。如碳纤维增强铝合金复合材料（C/Al复合材料）,4商业名称命名：如玻璃钢,17,四、复合材料的性能特点,1比强度和比模量高2抗疲劳性能好,3良好的减振性能4良好的高温性能5断裂安全性能好,减摩性、耐蚀性较好，并且成型工艺简单，可用模具依次成型制成各种构件，材料利用率高,18,1比强度和比模量高,比强度和比模量是度量材料承载能力的一个指标。比强度越高，同一零件的自重越小；比模量越高，零件的刚性越大。,19,2抗疲劳性能好,复合材料对缺口、应力集中敏感性小，特别是纤维增强的树脂基复合材料，基体良好的强韧性降低了裂纹扩展速度，大量的增强纤维对裂纹又有阻隔作用，阻止疲劳裂纹扩展并改变裂纹扩展方向，因此具有较高的疲劳极限。,20,尤其是碳纤维增强树脂复合,材料的疲劳性能更好。,（碳纤维增强树脂复合材料,的疲劳极限是其抗拉强度的,70%-80%，而金属材料只,有40%-50%）,碳纤维自身的疲劳抗力高,环氧树脂基体的塑性好增强相与基体间的界面有效地减缓了疲劳裂,纹扩展,原因,21,3良好的减振性能,复合材料的比模量高，可以较大程度地避免构件在工作状态下产生共振,纤维与基体界面有吸收振动能量的作用，阻尼特性好，使振动很快地衰减下来,在精密控制和精密检测仪器方面得到广泛应用,22,4良好的高温性能,复合材料中增强材料的熔点都较高，其中增强纤维的熔点一般都在2000以上，而且在高温条件下仍然保持较高的强度，故用它们增强的复合材料具有较高的高温强度和弹性模量。,高性能树脂基复合材料：200300金属基复合材料：300500陶瓷基复合材料：1000以上。,铝 合 金 在 4 0 0 时 强 度 由 500MN/m2 降 到 3 0 50MN/m2，弹性模量几乎为零，当用碳纤维或硼纤维增强后，在此温度强度和弹性模量基本上与室温相同。,23,5断裂安全性能好