复合材料应用PPT演示课件

复合材料的应用，1。什么是复合材料？复合材料是由两种或两种以上具有不同宏观(微观)性能的材料通过物理或化学方法形成的具有新性能的材料。各种材料性能互补，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原复合材料，满足各种要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属。常用的金属基材有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基材主要包括合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细颗粒。2、复合材料的分类、复合材料、基体材料、增强材料、金属基复合材料、聚合物基复合材料、无机非金属基复合材料、类型和形状、碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、芳纶纤维复合材料、连续纤维(短纤维)复合材料、片材(颗粒)材料增强复合材料、3、金属基复合材料的应用，一方面，金属基复合材料具有一系列类似于金属性能的优点；另一方面，增强相的加入赋予材料一些特殊的性能。因此，不同金属、合金基体和不同增强体的最佳组合使金属基复合材料具有各种特殊性能和优异的综合性能。加州理工学院的科学家已经创造了一系列钛基结构金属玻璃复合材料。与该团队以前开发的任何结果相比，它重量更轻，价格更便宜，但它保持了良好的韧性和延展性，不容易断裂。在武器工业领域，金属基复合材料可用于大口径尾翼稳定壳体穿甲弹、反直升机/反坦克多用途导弹固体发动机壳体等零部件，以减轻弹头重量，提高作战能力。6，石墨烯/铜复合材料，石墨烯/银复合材料，石墨烯是唯一一种新型环保碳材料，具有由碳原子密集堆积而成的二维蜂窝状晶格结构，具有超大比表面积(2630m2/g)，是已知强度最高的材料(高达130gpa)。美国科学家开发了一种可以漂浮在水面上的新型金属材料。在设计中，镁合金基复合材料由密度仅为0.92克/立方厘米的中空碳化硅颗粒增强，而水的密度为1克/立方厘米。这种新材料在制造船舶甲板、汽车零件、浮力模块和车辆装甲方面具有广阔的应用前景。8 .金属基复合材料主要指基于铝和镁等轻金属的复合材料。在航空和航天领域，它主要用于替代轻但有毒的铍。这种材料具有优异的横向性能、低消耗和优异的可加工性，并且已经成为许多应用领域中最具商业吸引力的材料，并且已经在国外商业化。主要应用位置：适合用作发动机的中温部件。9、聚合物基复合材料，聚合物基复合材料(PMC)是由有机聚合物作为基体和连续纤维作为增强材料组成的。尽管聚合物基体材料的强度较低，但由于其良好的粘结性能，它能牢固地粘结纤维，同时，它能使载荷均匀地分布并传递给纤维，并使纤维能承受压缩和剪切载荷。纤维的高强度和高模量使其成为理想的载体。纤维与基体的良好结合充分发挥了各自的优势，可以实现具有许多优良特性的最佳结构设计。树脂基复合材料和纤维增强树脂基复合材料中常用的树脂是环氧树脂和不饱和聚酯树脂。目前，通常使用热固性树脂、热塑性树脂和各种改性或混合基质。热塑性树脂可以溶解在溶剂中，也可以在加热时软化并熔化成粘性液体，冷却后变硬。热固性树脂只能一次加热成型，并在加工过程中固化，形成不溶和不溶的网状交联聚合物，因此不能再生。复合材料的树脂基体主要是热固性树脂早在20世纪40年代，玻璃纤维增强塑料就被用作战斗机和轰炸机的雷达罩。20世纪60年代，美国使用硼纤维增强环氧树脂作为方向舵、水平安定面、机翼后缘、方向舵门等。在F-4、F-111和其他军用飞机上。在导弹制造中，玻璃纤维增强环氧树脂缠绕部件被用在北极星A-2的第二级固体火箭发动机壳体上，北极星A-2是20世纪50年代末美国的一种中成千导弹，比钢壳体轻27%。后来，“北极星A-3”用高性能玻璃纤维代替普通玻璃纤维制成，使外壳比钢壳轻50%，从而将“北极星A-3”导弹的射程从2700公里增加到4500公里。20世纪70年代以后，芳香族聚酰胺纤维取代玻璃纤维增强环氧树脂，大大提高了强度，减轻了重量。碳纤维增强环氧树脂复合材料广泛应用于飞机、导弹、卫星等结构中。树脂基复合材料因其重量轻、技术成熟，在航空领域得到了最大程度的应用，航空领域一直需要减重。树脂基复合材料广泛应用于大涵道比发动机的发动机罩前锥体、风扇转子叶片、风扇罩和围带、风扇出口导向叶片、风扇定子叶片、发动机短舱和反推装置、降噪结构等部件。13 .在航空发动机冷端应用先进的树脂基复合材料是实现发动机减重和增效的重要技术手段之一。先进的树脂基复合材料是以高性能纤维为增强体，高性能树脂为基体的复合材料。与传统的钢和铝合金结构材料相比，其密度约为钢的1/5和铝合金的1/2，其比强度和比模量远远高于后两者。主要应用位置：航空发动机冷端部件(风扇罩、压缩机叶片、进气罩等)。)和发动机短舱、推力反向器等部件被广泛使用。树脂基复合材料在国外先进航空发动机冷端上的主要应用部件16、树脂基复合材料在机舱上的主要应用部件17、树脂基复合材料由于其优异的比强度和比刚度而最初应用于航空航天领域，并且目前正迅速商业化到其他行业，例如汽车和体育用品行业。通过成分设计和结构设计，树脂基复合材料可用于特殊应用。这种定制的功能设计可以实现许多其他功能，例如电、热、光和/或磁特性。MGI列举了树脂基复合材料的9个主要发展方向。特斯拉跑车采用创新的轻质碳纤维环氧复合材料作为车身面板。2015年，欧洲JEC综合展展示了一种创新的前悬架。悬浮玻璃纤维和树脂聚合物采用室温硫化工艺制成。自修复聚合物基复合材料作为一种新型智能结构功能材料，通过实现微裂纹的自修复，为预防潜在危险提供了一种新的方法，在一些重要的工程和前沿技术领域具有巨大的发展前景和应用价值。通过研究自修复系统的结构与修复性能之间的关系、修复剂的修复机理以及修复过程的动力学，开发出能够长期储存、快速有效地修复裂纹的材料具有重要的理论和实践意义。Ina金属聚合物复合轴承：支撑轴向载荷的止推垫圈。可在最小空间内摆动、旋转和线性移动的滑动衬套是由各种材料制成的滑动条，例如线性滑动导向系统。21、无机非金属基质复合材料，以无机非金属物质(简称基质)为基础，包括元素物质(如元素物质碳、硅等。形成共价键的大分子)、氧化物和复合氧化物(如Al2O3、氧化锆、BeO、Cr2O3、钛酸钡等。)、非氧化物(如碳化硅、氮化硅、B4C、氧化锆、二硫化钼等。)、无机盐(如硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、铋酸盐等。)，以及上述衬底的复合材料(例如c-sic、zrb2-si-c等。)，以及由上述基材复合的材料(如陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥、搪瓷等。)。这些基质可以与单一的无机物或金属或具有不同化学性质、不同组织相和不同功能的有机物复合，也可以与无机物、有机物和金属混合。陶瓷基复合材料是一种以陶瓷为基体，结合多种纤维的复合材料。陶瓷基体可以是高温结构陶瓷，例如氮化硅和碳化硅。这些先进的陶瓷具有优异的性能，如耐高温、高强度和刚度、相对较轻的重量、耐腐蚀等。然而，它们致命的弱点是脆性。当处于应力状态时，会出现裂纹，甚至断裂会导致材料失效。然而，将高强高弹纤维与基体复合是提高陶瓷韧性和可靠性的有效方法。纤维可以防止裂纹扩展，从而获得具有优异韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作耐高温和耐磨产品。最高工作温度主要取决于基体的特性。陶瓷基复合材料已经或将要应用的领域包括刀具、滑动部件、发动机零件、能源部件等。法国已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，并取得了令人满意的应用效果。陶瓷基复合材料在航空发动机中的应用越来越广泛。通用航空公司通过F414涡轮风扇发动机验证机的旋转低压涡轮叶片成功测试了世界上第一个带有非静态组件的轻质陶瓷基复合材料(CMC)部件。该验证器旨在进一步验证下一代自适应发动机技术验证器(AETD)项目的耐高温材料，该项目目前由通用电气公司与美国空军研究实验室(AFRL)在高应力条件下合作实施。陶瓷基复合材料具有耐高温、低密度等优点，在航空发动机的应用中，从低温到高温，从冷端到热端，从定子到转子，都呈现出发展趋势。羧甲基纤维素材料具有耐高温、低密度、类金属断裂行为、对裂纹不敏感、无灾难性损伤等优异性能。有望替代高温合金，以满足高温环境下热端部件的使用，不仅有利于大幅减重，还可以节约甚至消除冷气，从而提高总压比，在高温合金耐温性的基础上，进一步提高工作温度400-500，减轻结构重量50%-70%，成为航空发动机升级换代的关键热结构材料。主要应用位置：短期目标是尾喷管、火焰稳定器、涡轮护罩环等。中期目标是将其应用于低压涡轮叶片、燃烧室、内锥体等。长期目标针对高压涡轮叶片、高压压缩机和导向叶片等应用。陶瓷发动机坦克的红外辐射是其被红外探测器发现和被红外制导武器摧毁的根源，因此降低坦克的红外辐射也是隐身技术发展的一个重要方面。步兵战车用高效低热损绝热陶瓷发动机可以降低坦克的红外辐射，使其难以被红外探测器探测到，也难以被红外制导武器摧毁，从而达到良好的隐身效果，提高存活率。碳/碳复合材料碳/碳复合材料是碳纤维及其织物增强的碳基复合材料。它具有密度低(2.0g/cm3)、强度高、比模量高、热导率高、膨胀系数低、摩擦性能好、抗热震性好、尺寸稳定性高等优点。这是目前在1650以上使用的几种候选材料。最高理论温度高达2600，被认为是最有前途的高温材料之一。28，碳/碳基复合材料，即碳纤维增强的碳基复合材料，结合了碳的耐火特性和碳纤维的高强度和高刚性，使其表现出非脆性破坏。由于其重量轻、强度高、热稳定性好最明显的优点是耐高温(约2200)和低密度，这可以大大减轻发动机的重量，提高推重比。主要用途：碳-碳复合材料如果能解决中温下表面和界面的氧化问题，提高致密化速度，降低制备成本，有望在航空发动机中得到广泛应用。智能复合材料是基于仿生学概念发展起来的一种高科技材料。它集成了传感器、信息处理器和功能驱动程序。它可以实现自我检测、自我诊断、自我调节、