《复合材料概述》PPT课件.ppt

复合材料概述、复合材料的基本概念和复合材料(Compositematerials )是两种以上不同性质的材料，以物理或化学方式构成具有宏观新性能的材料。 复合材料由连续相的基质和被基质包容的相加强体构成。 强化相和基质相是通过这些成分的物理化学性质和最终复合材料中的形态来区别的。 其中一种成分为细丝(连续或剪短)、薄片或颗粒状，具有较高的强度、弹性模量、硬度和脆性，是复合材料承受施加载荷时的主要承载相，称为增强相或增强体。 加强相或加强体呈在复合材料中分散的形状，被基体相隔离包围，因此也称为分散相的复合材料的另一成分是包围加强相的比较柔软且强韧的贯通材料，称为基体相。 3、复合材料及其强化相的各种形态、纤维状、颗粒状、层状、片状、填充状、复合材料的基材分为金属和非金属。 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。 加固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。 5、复合材料是多相材料的复合材料，共同特点主要有三个： (1)综合发挥各种构成材料的优点，使一种材料具有多种性能，使天然材料具有独特的性能。 例如，玻璃纤维增强环氧系复合材料具有钢材那样的强度，具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。 (2)对材料性能可根据需要进行材料的设计和制造。 例如针对定向材料强度的设计、针对某介质的耐腐蚀性能的设计等。 (3)可制作所需任意形状的产品，避免多次加工工序。 例如，可以避免金属制品的铸型、切削、磨削等工序。 另外一方面，金属类复合材料、金属类复合材料(MetalMatrixComposite，MMC )一般以金属或合金为连续相，是由粒子、晶须或纤维形状的第二相构成的复合材料. 目前，其制造加工比较困难，成本较高，常用于航空航天和军事工业。 金属类复合材料与树脂类复合材料之比优点在于工作温度高，横机械的性能好，层间剪切强度高； 耐磨、导电、热传导； 不吸湿、不老化尺寸稳定，可采用金属加工方法。 金属基复合材料的发展： (1)发生于60年代，发展于90年代。 (2)哥伦比亚号航天飞机的骨架：最初应用于硼纤维/Al。 硼纤维过高，现在基本上用碳纤维/Al复合材料代替硼纤维/Al。 (3)受制造技术限制，基本处于实验室阶段。 金属基复合材料的应用：最初被应用于比强度、比弹性模量高、尺寸稳定等优点宇宙、航空等部门。近年来，随着新制造工艺的出现，廉价的加强体(SiC、陶瓷短纤维等)开始将金属基复合材料应用于民间部门。 二、陶瓷基复合材料、陶瓷基复合材料是与以陶瓷为基体的各种纤维复合的一种复合材料。 陶瓷基体可以是氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。 这些先进的陶瓷具有高温、高强度和刚性、相对重量轻、耐腐蚀性等优异的性能，但致命的弱点是脆性的，在应力状态下会产生裂纹，破坏材料。 高强度、高弹性纤维与基体复合是提高陶瓷韧性和可靠性的有效方法。 纤维能阻止裂纹的发展，得到具有优良韧性的纤维增强陶瓷系复合材料。 陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温和耐磨产品。 其最高使用温度主要取决于基质的特征。 陶瓷基复合材料已投入实际应用或已投入实际应用的领域包括工具、折动部件、发动机部件、能源部件等。法国将长纤维增强碳化硅复合材料应用于高速列车制动部件的制造，表现出优异的摩擦磨损特性，取得了满意的使用效果。 陶瓷基复合材料的性能、1、室温力学性能对于陶瓷基复合材料来说，由于陶瓷基材的故障应变低于纤维的故障应变，最初的故障多为基材中晶体缺陷引起的裂纹。 材料的拉伸不良有两种，第一种是突然的不良。 纤维强度低，界面结合强度高，基质裂纹通过纤维扩展，突然发生故障。 第二，纤维强时，界面结合弱，基体裂纹沿纤维扩展。 纤维失效前的纤维/基体界面在基体裂纹的前端和尾部脱离。 因此，基体的裂纹不会导致突然的故障，材料的最终故障应变大于基体的故障应变。 2、高温力学性能室温下，复合材料的抗弯强度比基材高约10倍，弹性模量提高约2倍。 复合材料的弯曲强度不变至700，然后随温度升高强度急剧增加，但弹性模量随温度上升从室温的137GPa下降至850的80GPa。 这种变化明显与材料中残留玻璃随温度上升的变化有关。 三、树脂类复合材料，定义：基材为树脂，增强材料主要是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等不同工艺构成的复合材料。 优点：轻量、高强度的防腐蚀性能(通过采用不同的基础树脂)电绝缘性优异的隔热隔音安装、维护，可自由选择简便的外观颜色的主要用途：建筑/基础设施招牌栅栏沟和排水道栏杆板材屋顶加载梁水处理平台隔栏栅栏交通运输道路防护栏高速公路防眩板地铁三轨防护桥封闭系统桥面板弯曲挤压型材电缆桥绝缘构件梯子构件线路系统顶盖电缆保护管梯子运动用品帐杆工具手柄及其他分类： 热塑性树脂类复合材料的热固性树脂类复合材料是1980年代发展起来的，主要有长纤维增强颗粒(LFP )、连续纤维增强预浸料(MITT )和玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(GMT )。 根据使用要求，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维的种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等所有可能的纤维种类。 随着热塑性树脂基复合材料技术的成熟和利用pvd复合材料的优势，该品种的复合材料发展迅速，欧美发达国家的热塑性树脂基复合材料已占树脂基复合材料总量的30%以上，热塑性树脂基复合材料由热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、 以乙烯树脂等为基质，以玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为强化材料制成的复合材料。 热固化型树脂系复合材料、主要原材料即不饱和树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂及其他新的树脂强化材料即玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维毡及其他强化材料即芯材等15、(1)在航空宇宙领域中的应用复合材料的轻量在航空方面，主要用作战斗机的冀蒙皮、机体、垂尾、翼片、水平尾冀、雷达罩、侧壁板、隔板、翼肋和加强筋等主要支撑部件。 复合材料的应用，16，(2)在交通运输中的应用减轻了复合材料制成的汽车的质量，同样条件下的燃料消耗只有钢制汽车的四分之一，受到冲击时复合材料大幅吸收冲击能量，保护人的安全。 用复合材料制造的汽车零部件，例如车身、驾驶室、挡泥板、保险杠、发动机罩、仪表盘、驱动轴、板黄等很多。 随着列车速度的提高，列车零部件用复合材料制作是最好的选择。复合材料常用于高速列车行李箱、装修材料、整个厕所、门窗、水箱等生产。17、(3)化工应用在化工中，复合材料主要用于防腐制品的生产。 聚合物基复合材料具有良好的耐腐蚀性。 例如，在酸性介质中，聚合物类复合材料的耐腐蚀性远优于不锈钢。 18、(4)应用于电气工业的聚合物类复合材料是优良的电绝缘材料，广泛应用于绝缘板、绝缘管、印刷线路板、电机、沟道楔、高压绝缘体、带电操作工具等电机、电器材料的制造。 19、(5)建筑工业中用玻璃纤维增强的聚合物基复合材料(玻璃钢)具有力学性能优异、隔热、隔音性能良好、吸水率低、耐腐蚀性能和装饰性能好的特点，是理想的建筑材料。 在建筑上，玻璃钢被用于承重结构、围护结构、冷却塔、水箱、卫生器具、门窗等。20、(6)机械工业的应用复合材料在机械制造工业中应用于各种叶片、鼓风机、齿轮、皮带轮、防护罩等各种机械部件的制造。 复合材料制作具有片材容易用力制作、质量轻、耐腐蚀等优点，各种风力发电机的叶片都是复合材料制作的。 21、(1)降低成本是因为复合材料的性能优于传统材料，如果能降低复合材料的成本，其应用前景非常广阔。复合材料今后的发展方向，22、(2)高性能复合材料的开发高性能复合材料是指具有高强度、高弹性模量、耐高温等特性的复合材料。 随着人类向宇宙发展，航天工业对高性能复合材料的需求量越来越大，并且提出了更高的强度要求、更高的耐温要求等更高的性能要求。23、(3)功能性复合材料功能复合材料是指具有导电、超导、微波、摩擦、吸音、阻尼、烧蚀等功能复合材料。 (4)智能复合材料智能复合材料是指具有感知、识别和处理能力的复合材料。 技术上通过传感器、驱动器、控制器实现复合材料的上述能力。 例如，智能复合材料制成的飞机零部件发生损伤时，嵌入式传感器在线检测其损伤，由控制器决定后，控制嵌入式形状记忆合金的动作，在损伤周围产生应力，防止损伤的持续发展，大幅提高飞机的安全性能。 25、(5)仿生复合材料的设计从常规设计向仿生设计发展。 模仿竹表皮至内层纤维从