复合材料的结构复合材料基体增强体PPT课件

第九章复合材料及加工工艺 9 1复合材料的基本特性9 2常用复合材料9 3复合材料的成型工艺9 4复合材料在产品设计中的应用 9 1复合材料的基本特性 复合材料 Compositematerials 是以一种材料为基体 Matrix 另一种材料为增强体 reinforcement 通过一定的工艺组合而成的材料 基体材料和增强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 1什么是复合材料 克服单一材料的缺点 产生原来单一材料本身所没有的新性能 3 复合材料的结构通常是一个相为连续相 称为基体 而另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相 与连续相相比 这种分散相的性能优越 会使材料的性能显著增强 故常称为增强体 也称为增强材料 增强相等 复合材料的结构 复合材料 基体 增强体 4 硬质颗粒 在大多数情况下 增强相较基体硬 强度和刚度较基体大 在基体与增强体之间存在着界面 5 复合材料的组成及作用 6 A组成与结构特点 1 具有可设计性 2 组元间有明显界面或呈梯度变化的多相材料 3 性能取决于各组分性能及协同效应 B性能特点比强度高抗疲劳性能好耐磨减磨性能高减震能力强高温性能好化学稳定性高成型工艺简单灵活 2复合材料的特点 7 复合材料性能不足之处 1 横向拉伸强度和层间剪切强度低 2 断裂伸长率低 冲击韧性有时不好 3 制造时产品性能不稳定 分散性大 质检困难 4 抗老化性能不好 5 机械连接困难 6 成本太高 8 按组成分 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结构特点 纤维复合材料 夹层复合材料 细粒复合材料 混杂复合材料 3复合材料分类 按基体类型分类 树脂基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 碳 碳复合材料 9 2常用复合材料 1纤维增强复合材料 基体 强度低 模量低 韧性好增强纤维 强度高 模量高 脆性大 11 玻璃纤维增强塑料 FiberReinforcedPlastics 也称树脂基复合材料 ResinMatrixComposite 是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料 用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体 经复合而成 1 玻璃纤维增强塑料 12 A热塑性玻璃纤维增强塑料构成 热塑性树脂 玻璃纤维性能 强度高 疲劳性能好 冲击韧性高 抗蠕变性好 B热固性玻璃纤维增强塑料 玻璃钢构成 热固性树脂 玻璃纤维性能 强度高 质轻 电绝缘 绝热 抗腐蚀 憎水性 以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业 13 2 碳纤维增强复合材料 A碳纤维塑料复合材料性能优于玻璃钢 B碳纤维金属复合材料强度高 质量轻 C碳纤维陶瓷复合材料强度高 质量轻 14 粒子增强复合材料是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 卫星用颗粒增强铝基复合材料零件 2粒子增强复合材料 15 陶瓷基粒子复合材料如氧化锆增韧陶瓷等 聚合物基粒子复合材料如酚醛树脂中掺入木粉的电木 碳酸钙粒子改性热塑性塑料的钙塑材料 16 金属基粒子复合材料又称金属陶瓷 是由钛 镍 钴 铬等金属与碳化物 氮化物 氧化物 硼化物等组成的非均质材料 碳化物金属陶瓷作为工具材料已被广泛应用 称作硬质合金 硬质合金通常以Co Ni作为粘结剂 WC TiC等作为强化相 17 硬质合金主要有钨钴 YG 和钨钴钛 YT 两类 牌号中 YG后的数字为含Co量 YT后的数字为碳化钛含量 硬质合金硬度极高 且热硬性 耐磨性好 一般做成刀片 镶在刀体上使用 18 是指在基体中含有多重层片状高强高模量增强物的复合材料 这种材料是各向异性的 层内两维同性 如碳化硼片增强钛 胶合板等 3层状复合材料 19 双金属 表面涂层等也是层状复合材料 层状结构材料根据材质不同 分别用于飞机制造 运输及包装等 9 3复合材料的成型工艺 复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件 随着复合材料应用领域的拓宽 复合材料工业得到迅速发镇 其老的成型工艺日臻完善 新的成型方法不断涌现 目前聚合物基复合材料的成型方法已有20多种 并成功地用于工业生产 1 手糊成型工艺 湿法铺层成型法 2 喷射成型工艺 3 树脂传递模塑成型技术 RTM技术 4 袋压法 压力袋法 成型 5 真空袋压成型 6 热压罐成型技术 7 液压釜法成型技术 8 热膨胀模塑法成型技术 9 夹层结构成型技术 10 模压料生产工艺 11 ZMC模压料注射技术 12 模压成型工艺 13 层合板生产技术 14 卷制管成型技术 15 纤维缠绕制品成型技术 16 连续制板生产工艺 17 浇铸成型技术 18 拉挤成型工艺 19 连续缠绕制管工艺 20 编织复合材料制造技术 21 热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺 22 注射成型工艺 23 挤出成型工艺 24 离心浇铸制管成型工艺 25 其它成型技术 9 4复合材料在设计中的应用 24 聚合物基纤维增强复合材料通常用碳纤维 玻璃纤维和芳纶纤维增强高分子材料 这类复合材料的性能较环氧树脂等基体有大幅度的提高 比强度也高得多 25 聚合物基纤维增强复合材料零件 26 纤维增强金属基复合材料金属的熔点高 故高强度纤维增强后的金属基复合材料 MMC 可以使用在较高温的工作环境之下 常用的基体金属材料有铝合金 钛合金和镁合金 作为增强体的连续纤维主要有硼纤维 SiC和C纤维 Al2O3纤维通常以短纤维的形式用于MMC中 27 纤维增强陶瓷复合材料陶瓷材料耐热 耐磨 耐蚀 抗氧化 但韧性低 难加工 在陶瓷材料中加入纤维增强 能大幅度提高强度 改善韧性 并提高使用温度 陶瓷中增韧纤维受外力作用 因拔出而消耗能量 耗能越多材料韧性越好 28 用晶须作为增强相可以显著提高复合材料的强度和弹性模量 但因为价格昂贵 目前仅在少数宇航器件上采用 现在发现 晶须 如SiC和Si3N4 能起到陶瓷材料增韧的作用 29 玻璃钢增强剂 玻璃纤维 主要是SiO2 比强度和比模量高 耐蚀 绝缘 粘结剂 基体 热固性的酚醛 环氧树脂 热塑性的聚脂 性能 与基体相比 比 强度 疲劳性能 韧性 蠕变抗力高 用途 轴承 轴承架 齿轮 车身 30 碳纤维树脂复合材料增强剂 碳纤维 石墨 强度和弹性模量高 且2000 以上保持不变 180 不变脆 粘结剂 基体 环氧树脂 酚醛树脂 聚四氟乙烯 性能 与基体相比 强度 疲劳性能 韧性 耐蚀 蠕变抗力高 用途 火箭外壳 齿轮 轴承 活塞 密封圈 化工容器 31 硼纤维树脂复合材料增强剂 硼纤维 b 2750 3140MPa E 382 392MPa 4倍于玻纤 基体 环氧树脂等 性能 抗