复合材料范文

复合材料范文复合材料范文 材料概论论文复合材料复合材料 是以一种材料为基体 另一种材 料为增强体 组合而成的材料 各种材料在性能上互相取长补短 产生协同效应 使复合材料的综 合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求 复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类 金属基体常用的有铝 镁 铜 钛及其合金 非金属基体主要有合成树脂 橡胶 陶瓷 石墨 碳等 增强材料主要有玻璃纤维 碳纤维 硼纤维 芳纶纤维 碳化硅纤 维 石棉纤维 晶须 金属丝和硬质细粒等 复合材料使用的历史可以追溯到古代 从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两 种材料复合而成 20世纪40年代 因航空工业的需要 发展了玻璃纤维增强塑料 从 此出现了复合材料这一名称 50年代以后 陆续发展了碳纤维 石墨纤维和硼纤维等高强度和高 模量纤维 70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维 这些高强度 高模量纤维能与合成树脂 碳 石墨 陶瓷 橡胶等 非金属基体或铝 镁 钛等金属基体复合 构成各具特色的复合材 料 复合材料的分类复合材料是一种混合物 复合材料按其组成分为金属与金属复合材料 非金属与金属复合材 料 非金属与非金属复合材料 按其结构特点又分为 纤维复合材料 将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成 如纤维增强塑料 纤维增强金属等 夹层复合材料 由性质不同的表面材料和芯材组合而成 通常面材强度高 薄 芯材质轻 强度低 但具有一定刚度和厚度 分为实心夹层和蜂窝夹层两种 细粒复合材料 将硬质细粒均匀分布于基体中 如弥散强化合金 金属陶瓷等 混杂复合材料 由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成 与普通单增强相复合材料比 其冲击强度 疲劳强度和断裂韧性显 著提高 并具有特殊的热膨胀性能 分为层内混杂 层间混杂 夹芯混杂 层内 层间混杂和超混杂复 合材料 60年代 为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要 先后研制和 生产了以高性能纤维 如碳纤维 硼纤维 芳纶纤维 碳化硅纤维 等 为增强材料的复合材料 为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别 将这种复合材料 称为先进复合材料 按基体材料不同 先进复合材料分为树脂基 金属基和陶瓷基复合 材料 先进复合材料除作为结构材料外 还可用作功能材料 如梯度复合 材料 机敏复合材料 仿生复合材料 隐身复合材料等 复合材料的性能复合材料中以纤维增强材料应用最广 用量最大 其特点是比重小 比强度和比模量大 例如碳纤维与环氧树脂复合的材料 其比强度和比模量均比钢和铝 合金大数倍 还具有优良的化学稳定性 减摩耐磨 自润滑 耐热 耐疲劳 耐蠕变 消声 电绝缘等性能 石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料 纤维增强材料的另一个特点是各向异性 因此可按制件不同部位的 强度要求设计纤维的排列 以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料 在500 时仍能保持足 够的强度和模量 碳化硅纤维与钛复合 不但钛的耐热性提高 且耐磨损 可用作发 动机风扇叶片 碳化硅纤维与陶瓷复合 使用温度可达1500 比超合金涡轮叶片 的使用温度 1100 高得多 碳纤维增强碳 石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨 构成耐烧蚀 材料 已用于航天器 火箭导弹和原子能反应堆中 非金属基复合材料由于密度小 用于汽车和飞机可减轻重量 提高 速度 节约能源 用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧 其刚度和承载能 力与重量大5倍多的钢片弹簧相当 复合材料的成型方法复合材料的成型方法按基体材料不同各异 树脂基复合材料的成型方法较多 有手糊成型 喷射成型 纤维缠 绕成型 模压成型 拉挤成型 RTM成型 热压罐成型 隔膜成型 迁移成复合材料电缆支架型 反应注射成型 软膜膨胀成型 冲压 成型等 金属基复合材料成型方法分为固相成型法和液相成型法 前者是在低于基体熔点温度下 通过施加压力实现成型 包括扩散 焊接 粉末冶金 热轧 热拔 热等静压和爆炸焊接等 后者是将基体熔化后 充填到增强体材料中 包括传统铸造 真空 吸铸 真空反压铸造 挤压铸造及喷铸等 陶瓷基复合材料的成型 方法主要有固相烧结 化学气相浸渗成型 化学气相沉积成型等 复合材料的应用复合材料的主要应用领域有 航空航天领域 由于复合材料热稳定性好 比强度 比刚度高 可用于制造飞机机 翼和前机身 卫星天线及其支撑结构 太阳能电池翼和外壳 大型 运载火箭的壳体 发动机壳体 航天飞机结构件等 汽车工业 由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性 可减振和降低噪声 抗疲 劳性能好 损伤后易修理 便于整体成形 故可用于制造汽车车身 受力构件 传动轴 发动机架及其内部构件 化工 纺织和机械制造领域 有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料 可用于制造化 工设备 纺织机 造纸机 复印机 高速机床 精密仪器等 医学领域 碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收X射线特性 可用于制 造医用X光机和矫形支架等 碳纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性 生物环境下 稳定性好 也用作生物医学材料 此外 复合材料还用于制造体育运动器件和用作建筑材料等 树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维 碳纤维 芳纶纤 维 超高分子量聚乙烯纤维等 1 玻璃纤维目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃 纤维 石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等 由于高强度玻璃纤维性价比较高 因此增长率也比较快 年增长率 达到10 以上 高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面 近年来民用产品也 有广泛应用 如防弹头盔 防弹服 直升飞机机翼 预警机雷达罩 各种高压压力容器 民用飞机直板 体育用品 各类耐高温制品 以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等 石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维 是比较理 想的耐热防火材料 用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温 耐烧蚀的复合材料部件 大量应用于火箭 导弹的防热材料 迄今为止 我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维 芳纶纤维 高强度玻璃纤维三大增强纤维中 只有高强度玻璃纤维 已达到国际先进水平 且拥有自主知识产权 形成了小规模的产业 现阶段年产可达500吨 2 碳纤维碳纤维具有强度高 模量高 耐高温 导电等一系列性能 首先在航空航天领域得到广泛应用 近年来在运动器具和体育用 品方面也广泛采用 据预测 土木建筑 交通运输 汽车 能源等领域将会大规模采用 工业级碳纤维 1997 2000年间 宇航用碳纤维的年增长率估计为31 而工业用碳 纤维的年增长率估计会达到130 我国的碳纤维总体水平还比较低 相当于国外七十年代中 末期水 平 与国外差距达20年左右 国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大 无高性能碳 纤维 品种单 一 规格不全 连续长度不够 未经表面处理 价格偏高等 3 芳纶纤维20世纪80年代以来 荷兰 日本 前苏联也先后开展了 芳纶纤维的研制开发工作 日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场 年增长速度也达到20 左右 芳纶纤维比强度 比模量较高 因此被广泛应用于航空航天领域的 高性能复合材料零部件 如火箭发动机壳体 飞机发动机舱 整流 罩 方向舵等 舰船 如航空母舰 核潜艇 游艇 救生艇等 汽车 如轮胎帘子线 高压软管 摩擦材料 高压气瓶等 以及 耐热运输带 体育运动器材等 4 超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤 维中位居第一 尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良 它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性 许多国家已用它 来制造舰艇的高频声纳导流罩 大大提高了舰艇的探雷 扫雷能力 除在军事领域 在汽车制造 船舶制造 医疗器械 体育运动器材 等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景 5 热固性树脂基复合材料热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂 如不饱和聚酯树脂 环氧树脂 酚醛树脂 乙烯基酯树脂等为基体 以玻璃纤维 碳纤维 芳纶纤维 超高分子量聚乙烯纤维等为增 强材料制成的复合材料 环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性 电绝缘性 耐腐蚀性 良好的粘接性能和较高的机械强度 广泛应用于化工 轻工 机械 电子 水利 交通 汽车 家电和宇航等各个领域 酚醛树脂具有耐热性 耐磨擦性 机械强度高 电绝缘性优异 低 发烟性和耐酸性优异等特点 因而在复合材料产业的各个领域得到 广泛的应用 乙烯基酯树脂是20世纪60年代发展起来的一类新型热固性树脂 其 特点是耐腐蚀性好 耐溶剂性好 机械强度高 延伸率大 与金属 塑料 混凝土等材料的粘结性能好 耐疲劳性能好 电性能佳 耐热老化 固化收缩率低 可常温固化也可加热固化 热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展 起来的 主要有长纤维增强粒料 LFP 连续纤维增强预浸带 MITT 和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料 GMT 根据使用要求不同 树脂基体主要有PP PE PA PBT PEI PC P ES PEEK PI PAI等热塑性工程塑料 纤维种类包括玻璃纤维 碳 纤维 芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种 高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多 基体以PP PA为主 云母复合材料具有高刚性 高热变形温度 低收缩率 低挠曲性 尺寸稳定以及低密度 低价格等特点 利用云母 聚丙烯复合材料可 制作汽车仪表盘 前灯保护圈 挡板罩 车门护栏 电机风扇 百 叶窗等部件 利用该材料的阻尼性可制作音响零件 利用其屏蔽性 可制作蓄电池箱等 纳米复合材料复合材料由于其优良的综合性能 特别是其性能的可 设计性被广泛应用于航空航天 国防 交通 体育等领域 纳米复 合材料则是其中最具吸引力的部分 近年来发展很快 世界发达国 家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置 该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料 纳米碳管功能复合材 料 纳米钨铜复合材料 在纳米聚合物基复合材料方面 主要采用同向双螺杆挤出方法分散 纳米粉体 分散水平达到纳米级 得到了性能符合设计要求的纳米 复合材料 碳纳米管是上个世纪九十年代初发现的一种新型的碳团簇类纤维材 料 具有许多特别优秀的性能 我们在碳纳米管取得的研究成果主要包括1 大规模生产多壁碳纳米 管的技术 生产出的碳纳米管的质量处于世界先进水平 生产成本 也很低 为碳纳米管的工业应用创造了条件 2 开发了制造碳纳米管为电极材料的双电层大容量电容器的技术 3 开发了制造具有软基底定向碳纳米管膜的技术 钨铜复合材料具有良好的导电导热性 低的热膨胀系数而被广泛地 用作电接触材料 电子封装和热沉材料 采用纳米粉末制备的纳米钨铜复合材料具有非常优越的物理力学性 能 我们采用国际前沿的金属复合盐溶液雾化干燥还原技术成功制 备了纳米钨铜复合粉体和纳米氮化钨 铜复合粉体 目前正在加紧 其产业化应用研究 复合材料的发展和应用由于复合材料具有重量轻 强度高 加工成 型方便 弹性优良 耐化学腐蚀和耐候性好等特点 已逐步取代木 材及金属合金 广泛应用于航空航天 汽车 电子电气 建筑 健 身器材等领域 在近几年更是得到了飞速发展 随着科技的发展 树脂与玻璃纤维在技术上不断进步 生产厂家的 制造能力普遍提高 使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行 业接受 但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌 因此 碳纤维 硼纤维等增强复合材料相继问世 使高分子复合材 料家族更加完备 已经成为众多产业的必备材料 从全球范围看 世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区 近几年欧美复合材料产需均持续增长 而亚洲的日本则因经济不景 气 发展较为缓慢 但中国尤其是中国内地的市场发展迅速 从应用上看 复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天 汽车等行 业 而在日本 复合材料主要用于住宅建设 如