7-复合材料的应用

1、1 2 复合材料的应用复合材料的应用 v 金属基复合材料的应用金属基复合材料的应用 v 树脂基复合材料的应用树脂基复合材料的应用 v 陶瓷基复合材料的应用陶瓷基复合材料的应用 v 碳碳/ /碳复合材料碳复合材料 v 层状复合材料层状复合材料 v 发汗材料发汗材料 3 v 金属基复合材料的工程特性金属基复合材料的工程特性 复合材料的应用复合材料的应用 刚度的增强（最诱人的特性之一）刚度的增强（最诱人的特性之一） 目的：避免工程部件使用中的过度弹性变形。目的：避免工程部件使用中的过度弹性变形。 以刚度为主要性能要求的实例：主动轴、仪表架、自行以刚度为主要性能要求的实例：主动轴、仪表架、自行 车主架

2、、悬臂、货架、汽车车体、列车车厢、导弹的惯车主架、悬臂、货架、汽车车体、列车车厢、导弹的惯 性导向球等。性导向球等。 4 v 金属基复合材料的应用实例金属基复合材料的应用实例 复合材料的应用复合材料的应用 刚度的增强刚度的增强 双体船的交叉悬臂，长双体船的交叉悬臂，长10m10m，具有高的比刚度及有抗两段，具有高的比刚度及有抗两段 单独弯曲的能力。单独弯曲的能力。 5 v 金属基复合材料的应用实例金属基复合材料的应用实例 复合材料的应用复合材料的应用 刚度的增强刚度的增强 航天飞机的货舱构架：用航天飞机的货舱构架：用60%60%硼纤维增强的硼纤维增强的AlAl基复合材料基复合材料 制造，重量很

3、轻，刚度很高。制造，重量很轻，刚度很高。 6 v 金属基复合材料的应用实例金属基复合材料的应用实例 复合材料的应用复合材料的应用 刚度的增强刚度的增强 汽车驱动轴，汽车驱动轴，20%Al20%Al2 2O O3 3颗粒颗粒/Al/Al合金，具有刚度高、密合金，具有刚度高、密 度低、韧性好的特性。度低、韧性好的特性。 7 v 金属基复合材料的应用实例金属基复合材料的应用实例 复合材料的应用复合材料的应用 刚度的增强刚度的增强 v新式高速列车车厢具有更严格的动力稳定性要求，刚度新式高速列车车厢具有更严格的动力稳定性要求，刚度 是关键。是关键。 v设备架：设备架：20%SiO20%SiO2 2颗粒颗

4、粒/Al/Al合金；刚度高，密度低，导电合金；刚度高，密度低，导电 性好。性好。 8 v 金属基复合材料的应用实例金属基复合材料的应用实例 复合材料的应用复合材料的应用 刚度的增强刚度的增强 航天员的航天员的“防护颈托防护颈托”，航天员的防护颈托是为保护航，航天员的防护颈托是为保护航 天员颈椎安全而设计的特殊吸能装置。它要求材料性能天员颈椎安全而设计的特殊吸能装置。它要求材料性能 既要有高刚度，同时要具备低强度、高延伸率特性。既要有高刚度，同时要具备低强度、高延伸率特性。 9 强度的增强强度的增强 目的：通过复合使强度大大提高，抗疲劳能力提高目的：通过复合使强度大大提高，抗疲劳能力提高 l应用

5、例：飞机的降落齿轮，要求材料轻，强度高，并有应用例：飞机的降落齿轮，要求材料轻，强度高，并有 抗低频机械疲劳的能力；自行车架，抗低频机械疲劳的能力；自行车架，10%Al10%Al2 2O O3 3或或20%SiO20%SiO2 2 颗粒颗粒/Al/Al合金，刚度好、密度低、抗疲劳性好。合金，刚度好、密度低、抗疲劳性好。 v 金属基复合材料的工程特性金属基复合材料的工程特性 复合材料的应用复合材料的应用 10 v 金属基复合材料的工程特性金属基复合材料的工程特性 复合材料的应用复合材料的应用 抗蠕变能力的增强抗蠕变能力的增强 长纤维强化效果好。长纤维强化效果好。 应用例：喷气式发动机，以轻质材料

6、取代镍基高温合金应用例：喷气式发动机，以轻质材料取代镍基高温合金 叶片和涡轮盘，可选用长纤维强化的钛（钛的缺陷是抗叶片和涡轮盘，可选用长纤维强化的钛（钛的缺陷是抗 蠕变能力低，加入长纤维后改善抗蠕变能力）。蠕变能力低，加入长纤维后改善抗蠕变能力）。 飞机发动机部件飞机发动机部件 v40%SiC40%SiC单片纤维单片纤维/ /钛基钛基 合金合金 v高温性能好；增加强高温性能好；增加强 度；密度低；刚度大。度；密度低；刚度大。 11 v 金属基复合材料的应用实例金属基复合材料的应用实例 复合材料的应用复合材料的应用 抗蠕变能力增强抗蠕变能力增强 v火箭喷嘴火箭喷嘴 l良好的耐磨性；良好的耐磨性；

7、 l高温强度；高温强度； l良好的热稳定性；良好的热稳定性； l良好的导热性。良好的导热性。 12 v 金属基复合材料的工程特性金属基复合材料的工程特性 复合材料的应用复合材料的应用 耐磨性能提高耐磨性能提高 加入增强体后，可使磨损率下降至基体的加入增强体后，可使磨损率下降至基体的1/101/10； 为使表面具有好的耐磨性，其它区域仍有高的韧性、强为使表面具有好的耐磨性，其它区域仍有高的韧性、强 度和导热性，控制增强体的分布（梯度、表面处理等）度和导热性，控制增强体的分布（梯度、表面处理等） 是有益的。是有益的。 应用例：柴油机活塞，增应用例：柴油机活塞，增 强的铝合金比未增强的，强的铝合金比

8、未增强的， 磨损率下降至原来的磨损率下降至原来的1/51/5。 AlAl2 2O O3 3短纤维短纤维/Al/Al合金合金 v可选择增强体；良好的耐可选择增强体；良好的耐 磨性、高温强度、热稳定磨性、高温强度、热稳定 性及导热性。性及导热性。 13 v 金属基复合材料的应用金属基复合材料的应用 复合材料的应用复合材料的应用 耐磨性能提高耐磨性能提高 制动器转盘制动器转盘 v20%Al20%Al2 2O O3 3颗粒颗粒/Al-Si/Al-Si合金合金 l耐磨性好；耐磨性好； l密度低；密度低； l热传导性好。热传导性好。 14 v 金属基复合材料的工程特性金属基复合材料的工程特性 复合材料的应

9、用复合材料的应用 降低密度降低密度 vNiNi基合金中加入陶瓷纤维或颗粒。基合金中加入陶瓷纤维或颗粒。 密度降低的同时，不损失强度、抗蠕变、抗腐蚀、韧性；密度降低的同时，不损失强度、抗蠕变、抗腐蚀、韧性； 注意：高温下使用发生界面反应，引起脆性增加。注意：高温下使用发生界面反应，引起脆性增加。 lPbPb电极电极：高密度是一个缺点，加入增强体则可改善，但要：高密度是一个缺点，加入增强体则可改善，但要 注意污染的影响注意污染的影响; ;碳纤维增强铜电缆碳纤维增强铜电缆。 碳纤维增强电缆、电热线碳纤维增强电缆、电热线 15 v 金属基复合材料的工程特性金属基复合材料的工程特性 复合材料的应用复合材

10、料的应用 控制热膨胀控制热膨胀 无机非金属材料的低热膨胀性可以调整复合材料的膨胀系数。无机非金属材料的低热膨胀性可以调整复合材料的膨胀系数。 应用实例：微电子基座；卫星悬臂应用实例：微电子基座；卫星悬臂/ /波导和太空望远镜上的波导和太空望远镜上的 Al-CAl-C纤维天线支撑杆。纤维天线支撑杆。 结构件具有非常高的轴向刚度，同时有极低结构件具有非常高的轴向刚度，同时有极低( (零零) )的热膨胀系的热膨胀系 数，能够在反复出入直接日照的条件下保持尺寸稳定性。数，能够在反复出入直接日照的条件下保持尺寸稳定性。 微电子器件的基座微电子器件的基座 v20-65%SiO20-65%SiO2 2颗粒颗

11、粒/Al/Al合金合金 v热膨胀系数匹配；导热热膨胀系数匹配；导热 性好；导热系数高；适性好；导热系数高；适 于钎焊；密度低；尺寸于钎焊；密度低；尺寸 稳定性好。稳定性好。 16 v 金属基复合材料的应用金属基复合材料的应用 复合材料的应用复合材料的应用 控制热膨胀控制热膨胀 宇航望远镜支架宇航望远镜支架 v20%20%碳长纤维碳长纤维/Al/Al合金合金 v轴向刚度好；轴向刚度好； v密度低；密度低； v超低轴向热膨胀性；超低轴向热膨胀性； v导电性好。导电性好。 17 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 试验表明，人造卫星的重量如果减少试验表明，人造卫星的重量如果减少1 1公斤，

12、则用于其发射公斤，则用于其发射 的火箭重量可减少的火箭重量可减少200200公斤以上。公斤以上。 聚合物基复合材料强度高，减振性好，制造火箭和人造卫聚合物基复合材料强度高，减振性好，制造火箭和人造卫 星的机架、壳体、卫星天线、支撑结构等是非常理想的材料。星的机架、壳体、卫星天线、支撑结构等是非常理想的材料。 质量轻，可以节省大量的燃料。质量轻，可以节省大量的燃料。 v在宇航工业中的应用在宇航工业中的应用 l PMC PMC制造火箭和导弹的发动制造火箭和导弹的发动 机壳体，比金属制的质量减机壳体，比金属制的质量减 轻轻45%45%；制造宇宙飞船的助推；制造宇宙飞船的助推 器推力结构时，比金属飞船

13、器推力结构时，比金属飞船 减轻减轻26%26%，也可制作飞行器上，也可制作飞行器上 的仪器设备台架、齿轮等。的仪器设备台架、齿轮等。 18 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 航空工业是聚合物基复合航空工业是聚合物基复合 材料使用最早、用量最多的材料使用最早、用量最多的 部分之一。部分之一。 替代金属部件制作飞机的替代金属部件制作飞机的 机身、机翼、螺旋桨、起落机身、机翼、螺旋桨、起落 架、尾舵、门、窗等结构件，架、尾舵、门、窗等结构件， 及叶轮、定子叶片、轴承、及叶轮、定子叶片、轴承、 风扇叶片等发动机零件。风扇叶片等发动机零件。 应用应用PMCPMC的大型客机质量可的大型客机质量

14、可 减轻减轻60%60%以上，而且耐疲劳强以上，而且耐疲劳强 度高，可提高飞行速度并延度高，可提高飞行速度并延 长使用寿命。长使用寿命。 v在航空工业中的应用在航空工业中的应用 19 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 v在航空工业中的应用在航空工业中的应用 20 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 v在航空工业中的应用在航空工业中的应用 表表 7-1 飞机部件上使用飞机部件上使用 PMC 材料的例子材料的例子 部件名称部件名称材材 料料质量减轻质量减轻 (%)研制研制/生产单位生产单位 “F4”方向方向舵舵BF / 环氧树脂环氧树脂35麦克唐纳公司麦克唐纳公司 “F5”起

15、落架门”起落架门BF / 环氧树脂环氧树脂29诺斯罗普飞机公司诺斯罗普飞机公司 “F39A”机翼箱”机翼箱BF / 环氧树脂环氧树脂37北美飞机公司北美飞机公司 “F14”安定面安定面BF/EP91 公斤公斤格罗曼飞机公司格罗曼飞机公司 “A-4”襟翼”襟翼GF+BF/EP47道格拉斯飞机公司道格拉斯飞机公司 “Vc-10”副翼支柱副翼支柱GF+BF/EP43英国皇家航空中心英国皇家航空中心 “F-5”翼端”翼端GF+BF/EP21诺斯罗普飞机公司诺斯罗普飞机公司 “737”扰流器”扰流器CF / 环氧树脂环氧树脂20波音公司波音公司 21 由于聚合物基复合材料具有突出的耐酸、耐碱和耐其他介由

16、于聚合物基复合材料具有突出的耐酸、耐碱和耐其他介 质腐蚀等特点，已在石油化工设备和化学防腐工程上获得了质腐蚀等特点，已在石油化工设备和化学防腐工程上获得了 广泛应用。广泛应用。 采用聚合物基复合材料代替不锈钢、铜、铅、钛、镍合金采用聚合物基复合材料代替不锈钢、铜、铅、钛、镍合金 制造的各种贮罐、容器、冷却塔、酸洗槽、液体输送管道、制造的各种贮罐、容器、冷却塔、酸洗槽、液体输送管道、 烟囱等因质量轻、强度高、耐腐蚀、维修方便、使用寿命长烟囱等因质量轻、强度高、耐腐蚀、维修方便、使用寿命长 等特点取得了明显的经济效益。等特点取得了明显的经济效益。 l 开采海底石油需要的灯标及各种信标等浮体，海水淡

17、化及开采海底石油需要的灯标及各种信标等浮体，海水淡化及 污水处理装置用管道。污水处理装置用管道。 l 化学工业中强腐蚀性物质的设备及管道，冷却塔，风机叶化学工业中强腐蚀性物质的设备及管道，冷却塔，风机叶 片，储槽、反应设备、阀门、泵等。片，储槽、反应设备、阀门、泵等。 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 v在石油化工工业中的应用在石油化工工业中的应用 22 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 v在石油化工工业中的应用在石油化工工业中的应用 23 在汽车制造方面，现在已用聚合物基复合材料制造了各种在汽车制造方面，现在已用聚合物基复合材料制造了各种 轿车、大型客车、拖车、载重汽

18、车、油槽车及其他车辆的外轿车、大型客车、拖车、载重汽车、油槽车及其他车辆的外 壳与各种配件，包括汽车底盘、车门、车窗、仪表盘、油箱、壳与各种配件，包括汽车底盘、车门、车窗、仪表盘、油箱、 坐椅、挡泥板、发动机罩等。坐椅、挡泥板、发动机罩等。 汽车制造方法简单、方便，省工时和劳力，降低造价，汽汽车制造方法简单、方便，省工时和劳力，降低造价，汽 车自身质量轻，外观设计美观，保温隔热效果好。车自身质量轻，外观设计美观，保温隔热效果好。 运输具有腐蚀性的石油产品或其它液体的罐车，发展更快。运输具有腐蚀性的石油产品或其它液体的罐车，发展更快。 石棉短纤维增强酚醛树脂复合材料或聚芳胺纤维增强树脂石棉短纤维

19、增强酚醛树脂复合材料或聚芳胺纤维增强树脂 基复合材料，具有较好的耐热性、耐油性、耐磨耗性，而且基复合材料，具有较好的耐热性、耐油性、耐磨耗性，而且 在较高的温度、速度下，其摩擦性能变化较小，也不会产生在较高的温度、速度下，其摩擦性能变化较小，也不会产生 刺耳的噪音，故已广泛应用于制造汽车的刹车片和离合器片。刺耳的噪音，故已广泛应用于制造汽车的刹车片和离合器片。 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 v在汽车制造业中的应用在汽车制造业中的应用 24 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 v在汽车制造业中的应用在汽车制造业中的应用 25 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用

20、 v在能源工业中的应用在能源工业中的应用 火力发电的通风系统，排火力发电的通风系统，排 煤灰渣管道，循环水冷却系煤灰渣管道，循环水冷却系 统，屋顶轴流风机、电缆保统，屋顶轴流风机、电缆保 护设施、电绝缘制品等。护设施、电绝缘制品等。 水力发电工业中的电站建水力发电工业中的电站建 设，大坝和隧道中防冲、耐设，大坝和隧道中防冲、耐 磨、防冻、耐腐蚀过水面的磨、防冻、耐腐蚀过水面的 保护；阀门；发电和输电中保护；阀门；发电和输电中 的各种电绝缘制品。的各种电绝缘制品。 在新能源方面，树脂基复在新能源方面，树脂基复 合材料风力发电机叶片、电合材料风力发电机叶片、电 杆及电绝缘制品等。杆及电绝缘制品等。

21、 26 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 v在建筑工业中的应用在建筑工业中的应用 承载结构承载结构 柱、梁、基础、承柱、梁、基础、承 重折板、屋面板、楼板等，主要重折板、屋面板、楼板等，主要 用于化学厂房的承重结构、高层用于化学厂房的承重结构、高层 建筑及全玻璃钢复合材料楼房大建筑及全玻璃钢复合材料楼房大 板结构。板结构。 围护结构围护结构 工业及民用建筑的外工业及民用建筑的外 墙板、隔墙板、防腐楼板、屋顶墙板、隔墙板、防腐楼板、屋顶 结构、遮阳板、天花板、薄壳结结构、遮阳板、天花板、薄壳结 构和折板结构的组装构件。构和折板结构的组装构件。 采光制品采光制品 主要用于工业厂房、主要

22、用于工业厂房、 民用建筑、农业温室及大型公用民用建筑、农业温室及大型公用 建筑的天窗、屋顶等。建筑的天窗、屋顶等。 27 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 v在建筑工业中的应用在建筑工业中的应用 门窗装饰材料门窗装饰材料 平板、浮雕平板、浮雕 板、复合板等，一般窗框型板、复合板等，一般窗框型 材用树脂玻璃钢。复合材料材用树脂玻璃钢。复合材料 门窗防水、隔热、耐化学腐门窗防水、隔热、耐化学腐 蚀。用于工业及民用建筑，蚀。用于工业及民用建筑， 装饰板用作墙裙、吊顶、大装饰板用作墙裙、吊顶、大 型浮雕等。型浮雕等。 给排水工程材料给排水工程材料 各种规格各种规格 的给水玻璃钢管、高位水箱

23、、的给水玻璃钢管、高位水箱、 化粪池、防腐排污管等。化粪池、防腐排污管等。 卫生洁具材料卫生洁具材料 浴盆、洗面浴盆、洗面 盆、坐便盆，各种整体式、盆、坐便盆，各种整体式、 组装式卫生间等。组装式卫生间等。 28 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 v在建筑工业中的应用在建筑工业中的应用 采暖通风材料采暖通风材料 冷却塔、管道、板材、栅板、风机、叶片冷却塔、管道、板材、栅板、风机、叶片 及整体成型的采暖通风制品。及整体成型的采暖通风制品。 高层楼房屋顶建筑高层楼房屋顶建筑 屋盖、异形尖顶装饰屋盖、楼房加高、屋盖、异形尖顶装饰屋盖、楼房加高、 球形屋盖、屋顶花园、屋顶游泳池等。球形屋盖

24、、屋顶花园、屋顶游泳池等。 特殊建筑特殊建筑 大跨度飞机库、冷库、大跨度飞机库、冷库、 活动房屋、岗亭、移动剧院、透活动房屋、岗亭、移动剧院、透 微波塔楼、屏蔽房、防腐车间、微波塔楼、屏蔽房、防腐车间、 水工建筑、防浪堤、太阳能房、水工建筑、防浪堤、太阳能房、 充气建筑等。充气建筑等。 其它其它 各种家具、马路上的阴井各种家具、马路上的阴井 盖、公园和运动场座椅、海滨浴盖、公园和运动场座椅、海滨浴 场活动更衣室、公园仿古凉亭等。场活动更衣室、公园仿古凉亭等。 29 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 v在体育用品上的应用在体育用品上的应用 体育器材往往在使用时变形较大，并反复承受无规

25、则交变体育器材往往在使用时变形较大，并反复承受无规则交变 振动和冲击作用。使用聚合物基复合材料可充分发挥其高强振动和冲击作用。使用聚合物基复合材料可充分发挥其高强 度、耐疲劳和高弹性等特点，为提高运动成绩创造了条件度、耐疲劳和高弹性等特点，为提高运动成绩创造了条件。 典型的有：夹层滑雪板、撑杆跳高用的撑杆、射箭用的弓典型的有：夹层滑雪板、撑杆跳高用的撑杆、射箭用的弓 等，当然还有高尔夫球棒、网球拍、跳板、钓鱼杆等。等，当然还有高尔夫球棒、网球拍、跳板、钓鱼杆等。 30 v在医疗卫生领域的应用在医疗卫生领域的应用 聚合物基复合材料的应用聚合物基复合材料的应用 医学方面，用医学方面，用PMCPMC

26、代替钢制假肢已有应用，玻璃钢假肢比钢代替钢制假肢已有应用，玻璃钢假肢比钢 制品轻制品轻2/32/3，制造费用减少了，制造费用减少了1/41/4。 PMCPMC颅骨缺损修补材料，有机玻璃和陶瓷制造牙齿、碳纤维颅骨缺损修补材料，有机玻璃和陶瓷制造牙齿、碳纤维 增强有机玻璃制造齿龈等都比原来的材料要好。增强有机玻璃制造齿龈等都比原来的材料要好。 31 v在舰船上的应用在舰船上的应用 聚合物复合材料的应用聚合物复合材料的应用 32 v在舰船上的应用在舰船上的应用 聚合物复合材料的应用聚合物复合材料的应用 复合材料疲劳破坏是从比较薄弱的纤维处开始作用，逐渐复合材料疲劳破坏是从比较薄弱的纤维处开始作用，逐

27、渐 扩展到结合面上。而基体和增强纤维的界面能够有效地阻止扩展到结合面上。而基体和增强纤维的界面能够有效地阻止 疲劳裂纹的扩展，故抗疲劳性能好。一般金属材料的疲劳极疲劳裂纹的扩展，故抗疲劳性能好。一般金属材料的疲劳极 限为抗拉强度的限为抗拉强度的40405050，而碳纤维增强塑料是，而碳纤维增强塑料是70708080 。 复合材料无磁性，在很大的磁场中也不会被磁化，因此复复合材料无磁性，在很大的磁场中也不会被磁化，因此复 合材料舰船不易被对方磁探仪发现，可使装磁引信的水雷或合材料舰船不易被对方磁探仪发现，可使装磁引信的水雷或 鱼雷失效，可以避免磁性雷的攻击，具有很好的反监护作用，鱼雷失效，可以避

28、免磁性雷的攻击，具有很好的反监护作用， 这点在军事上特别重要。这点在军事上特别重要。 33 v在舰船上的应用在舰船上的应用 聚合物复合材料的应用聚合物复合材料的应用 R(4) (4) 耐蚀性好。耐蚀性好。 复合材料只要配方设计合理，在酸性、碱性及众多恶劣环复合材料只要配方设计合理，在酸性、碱性及众多恶劣环 境中具有良好的耐腐蚀性。用复合材料制造军舰、轮船，不境中具有良好的耐腐蚀性。用复合材料制造军舰、轮船，不 用涂漆，在海水中航行几年也不会生锈，能减少涂油漆等维用涂漆，在海水中航行几年也不会生锈，能减少涂油漆等维 修费用，使用年限长。修费用，使用年限长。 R(5) (5) 可根据性能需求进行材

29、料的设计和制造。可根据性能需求进行材料的设计和制造。 因复合材料的可设计性，可以选择不同聚合物和增强材料因复合材料的可设计性，可以选择不同聚合物和增强材料 以及不同的配方、成型工艺等达到不同的性能。以纤维增强以及不同的配方、成型工艺等达到不同的性能。以纤维增强 塑料为例，塑料为例， 通过对纤维的种类和含量，纤维的长短，纤维铺通过对纤维的种类和含量，纤维的长短，纤维铺 设的方向，基体的种类等精心设计，即使用相同的基体和纤设的方向，基体的种类等精心设计，即使用相同的基体和纤 维，也能设计出不同性能的材料。维，也能设计出不同性能的材料。 34 v在舰船上的应用在舰船上的应用 聚合物复合材料的应用聚合

30、物复合材料的应用 (6) (6) 可制成所需的任意形状的产品，避免多次加工工序。可制成所需的任意形状的产品，避免多次加工工序。 复合材料与复合材料制品可以一起制造，即在复合材料的复合材料与复合材料制品可以一起制造，即在复合材料的 成型过程中，同时形成了制品的结构。成型过程中，同时形成了制品的结构。 可大大减少车、铣、刨、磨等机械加工过程和装配过程，可大大减少车、铣、刨、磨等机械加工过程和装配过程， 使船壳和构件的整体性好，无接缝或少接缝，无渗漏，提高使船壳和构件的整体性好，无接缝或少接缝，无渗漏，提高 了舰船的性能。了舰船的性能。 (7) (7) 复合材料还具有优良的声、介电性能、耐高温、减振

31、复合材料还具有优良的声、介电性能、耐高温、减振 性等一系列优点，一种材料具有多种性能。性等一系列优点，一种材料具有多种性能。 如玻璃钢既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电性能如玻璃钢既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电性能 和耐蚀性能。和耐蚀性能。 35 v在舰船上的应用在舰船上的应用 聚合物复合材料的应用聚合物复合材料的应用 复合材料舰船复合材料舰船 复合材料上层建筑复合材料上层建筑 复合材料桅杆复合材料桅杆 复合材料推进器复合材料推进器 机械装置、舵、装备、管道系统机械装置、舵、装备、管道系统 36 v复合材料上层建筑复合材料上层建筑 复合材料在舰船上的应用复合材料在舰船上的应用 舰船

32、上层建筑容纳了各种电子信息装备及其天线、武器装舰船上层建筑容纳了各种电子信息装备及其天线、武器装 备、机电设备等，承担着绝大部分的电磁手段运用、武器装备、机电设备等，承担着绝大部分的电磁手段运用、武器装 备发射、航行控制、作战指挥、补给以及其他与外部环境相备发射、航行控制、作战指挥、补给以及其他与外部环境相 互作用的作战功能。互作用的作战功能。 用轻质复合材料代替钢用轻质复合材料代替钢 质的上层建筑，对于小型质的上层建筑，对于小型 海军舰艇海军舰艇( (长度小于长度小于20m)20m)， 可以减轻约可以减轻约6565的重量。的重量。 37 v复合材料上层建筑复合材料上层建筑 复合材料在舰船上的

33、应用复合材料在舰船上的应用 采用复合材料，不仅减轻了上层建筑的重量，而且通过在复采用复合材料，不仅减轻了上层建筑的重量，而且通过在复 合材料夹层里嵌入有滤波功能的频率选择层，允许发射和接合材料夹层里嵌入有滤波功能的频率选择层，允许发射和接 收预定的频率，而滤除雷达电磁波。收预定的频率，而滤除雷达电磁波。 38 v复合材料推进器复合材料推进器 复合材料在舰船上的应用复合材料在舰船上的应用 在舰船推进器方面应用较多的是碳纤维增强的复合材料。在舰船推进器方面应用较多的是碳纤维增强的复合材料。 复合材料螺旋桨的优点是：批量生产、成本低、质量轻、使复合材料螺旋桨的优点是：批量生产、成本低、质量轻、使 用

34、寿命长、降低变速箱轴磨损等。用寿命长、降低变速箱轴磨损等。 安静是当今舰船的主攻方向之一，低噪声已成为衡量舰船安静是当今舰船的主攻方向之一，低噪声已成为衡量舰船 ( (特别是潜艇特别是潜艇) ) 总体性能的重要指标之一。总体性能的重要指标之一。 更轻的复合材料可在不显更轻的复合材料可在不显 著增加螺旋桨重量的情况下著增加螺旋桨重量的情况下 使叶片更薄，薄叶片具有改使叶片更薄，薄叶片具有改 善空泡性能的潜力，从而降善空泡性能的潜力，从而降 低振动和水下特征。低振动和水下特征。 39 v复合材料桅杆复合材料桅杆 复合材料在舰船上的应用复合材料在舰船上的应用 为了减少雷达反射截面和为了减少雷达反射截

35、面和 光学特征，达到隐身的目的，光学特征，达到隐身的目的， 未来水面舰艇将装备封闭式未来水面舰艇将装备封闭式 综合传感器桅杆，将各种雷综合传感器桅杆，将各种雷 达、通信天线设计成平面式达、通信天线设计成平面式 或球形阵列天线，组成一体或球形阵列天线，组成一体 化的封闭式综合传感器桅杆。化的封闭式综合传感器桅杆。 40 v复合材料桅杆复合材料桅杆 复合材料在舰船上的应用复合材料在舰船上的应用 新型封闭式桅杆由先进的复合新型封闭式桅杆由先进的复合 材料建造。用纳米技术制造的材料建造。用纳米技术制造的 玻璃纤维、碳纤维等复合而成，玻璃纤维、碳纤维等复合而成， 可以让不同的雷达波束和通信可以让不同的雷

36、达波束和通信 信号，相互之间不受干扰地通信号，相互之间不受干扰地通 过，信号损耗极低，又能抵抗过，信号损耗极低，又能抵抗 外来干扰，这在外来干扰，这在2121世纪的海上世纪的海上 信息化战争中将具有明显的优信息化战争中将具有明显的优 势。势。 41 陶瓷基复合材料包含：玻璃陶瓷基、氧化物陶瓷基、非氧陶瓷基复合材料包含：玻璃陶瓷基、氧化物陶瓷基、非氧 化物陶瓷基、碳化物陶瓷基、碳/ /碳复合材料。碳复合材料。 玻璃陶瓷基复合材料玻璃陶瓷基复合材料 l特点：与钛和不锈钢等金属材料相比，具有质量轻、耐腐特点：与钛和不锈钢等金属材料相比，具有质量轻、耐腐 蚀、热稳定性好、线膨胀系数小等优点。蚀、热稳定

37、性好、线膨胀系数小等优点。 l应用：汽车、战车的发动机，屏蔽材料，热交换器。应用：汽车、战车的发动机，屏蔽材料，热交换器。 v 陶瓷基复合材料的工程特性陶瓷基复合材料的工程特性 陶瓷基复合材料的应用陶瓷基复合材料的应用 42 v 氧化物陶瓷基复合材料氧化物陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料的应用陶瓷基复合材料的应用 主要介绍主要介绍AlAl2 2O O3 3基和基和ZrOZrO2 2基复合材料基复合材料 AlAl2 2O O3 3基复合材料基复合材料 特点：在氧化物中具有最高的硬度；常温下强度较高、耐磨特点：在氧化物中具有最高的硬度；常温下强度较高、耐磨 性好；化学稳定性好；用通常的粉末冶金方法较

38、易制得性好；化学稳定性好；用通常的粉末冶金方法较易制得 高纯、高密度的烧结体，在工业中具有较高的工业价值。高纯、高密度的烧结体，在工业中具有较高的工业价值。 l颗粒强化颗粒强化AlAl2 2O O3 3基复合材料基复合材料 R TiC/Al TiC/Al2 2O O3 3：作为切削工具：作为切削工具 使用并已商品化，占据了陶使用并已商品化，占据了陶 瓷切削工具的主流。瓷切削工具的主流。 R ZrOZrO2 2/Al/Al2 2O O3 3：利用：利用ZrOZrO2 2的相的相 变使变使AlAl2 2O O3 3强韧化。磨擦性强韧化。磨擦性 能优越，在机械和切削工具能优越，在机械和切削工具 上应

39、用。上应用。 43 v 氧化物陶瓷基复合材料氧化物陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料的应用陶瓷基复合材料的应用 主要介绍主要介绍AlAl2 2O O3 3基和基和ZrOZrO2 2基复合材料基复合材料 AlAl2 2O O3 3基复合材料基复合材料 l晶须强化晶须强化AlAl2 2O O3 3基复合材料基复合材料 R 特点：硬度、强度、断裂韧性都很高，且传导性好，可特点：硬度、强度、断裂韧性都很高，且传导性好，可 望在高温领域中得到应用。望在高温领域中得到应用。 R 应用：受制作成本等方面限制，主要应用领域为小型、应用：受制作成本等方面限制，主要应用领域为小型、 形状较简单的切削工具，如木工钻头、

40、卷线导轨等，特形状较简单的切削工具，如木工钻头、卷线导轨等，特 别是在高温合金等难切削材料中体现出其优越性能，确别是在高温合金等难切削材料中体现出其优越性能，确 立了其新切削工具的地位。立了其新切削工具的地位。 44 v 氧化物陶瓷基复合材料氧化物陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料的应用陶瓷基复合材料的应用 ZrOZrO2 2基复合材料基复合材料 R 特点：高强高韧（是目前陶瓷材料中韧性最好的一类）、特点：高强高韧（是目前陶瓷材料中韧性最好的一类）、 耐磨耐蚀、耐高温并且在高温下可导电等优良特性，具耐磨耐蚀、耐高温并且在高温下可导电等优良特性，具 有良好的应用前景。有良好的应用前景。 在食品工业：

41、罐头盒接缝滚子，穿插孔，耐磨密封垫，在食品工业：罐头盒接缝滚子，穿插孔，耐磨密封垫， 真空轴套，单向阀门等。真空轴套，单向阀门等。 在纺织工业：导丝器，主要是稳定在纺织工业：导丝器，主要是稳定ZrOZrO2 2在高温下导电，可在高温下导电，可 消除导丝器与丝线的静电，而且烧成后不需加工表面即消除导丝器与丝线的静电，而且烧成后不需加工表面即 很光洁并耐高温。很光洁并耐高温。 陶瓷工业：主要用于分散体，研磨介质，粉磨机用的偏陶瓷工业：主要用于分散体，研磨介质，粉磨机用的偏 心轮盘等，在电子领域用于电绝缘耐热陶瓷基片。心轮盘等，在电子领域用于电绝缘耐热陶瓷基片。 45 v 氧化物陶瓷基复合材料氧化物

42、陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料的应用陶瓷基复合材料的应用 ZrOZrO2 2基复合材料基复合材料 在冶金工业：利用稳定剂与在冶金工业：利用稳定剂与ZrOZrO2 2 形成固溶体产生氧空，可形成固溶体产生氧空，可 制备制备Mg-PSZMg-PSZ或或Y-PSZY-PSZ为基的氧敏探头，检测钢水中的为基的氧敏探头，检测钢水中的SiSi、O O的的 含量；在含量；在TZPTZP或或PSZPSZ中复合适宜的中复合适宜的AlAl2 2O O3 3可制备耐可制备耐16001600的高温的高温 泡沫陶瓷过滤器，是目前使用温度最高的一类过滤金属熔体泡沫陶瓷过滤器，是目前使用温度最高的一类过滤金属熔体 的材料。

43、的材料。 在其它方面：挤压模具和内燃机部件；用于水泵零部件，在其它方面：挤压模具和内燃机部件；用于水泵零部件， 如制成如制成ZrOZrO2 2隔离垫圈，主要是因为隔离垫圈，主要是因为ZrOZrO2 2低温下是绝缘体，能低温下是绝缘体，能 防止涡流损失防止涡流损失， ，这样在磁体周围无热量产生，可省去冷却装 这样在磁体周围无热量产生，可省去冷却装 置、减小磁耦尺寸、提高机械效率、节省电能；此外，稳定置、减小磁耦尺寸、提高机械效率、节省电能；此外，稳定 的立方氧化锆陶瓷还多用于各类热阻涂层。的立方氧化锆陶瓷还多用于各类热阻涂层。 46 v 非氧化物陶瓷基复合材料非氧化物陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材

44、料的应用陶瓷基复合材料的应用 SiCSiC基复合材料基复合材料 l特点：具有优异的耐热性、耐热冲击性、缺陷容许性等。特点：具有优异的耐热性、耐热冲击性、缺陷容许性等。 l应用：液体燃料火箭中作为分级火箭的大型冷却喷嘴，在高应用：液体燃料火箭中作为分级火箭的大型冷却喷嘴，在高 温下获得比传统耐热金属更长的寿命，质量只有其温下获得比传统耐热金属更长的寿命，质量只有其40%40%；宇宙；宇宙 返回机中隔热材料的研究。已在战斗机中使用。返回机中隔热材料的研究。已在战斗机中使用。 l特点：具有优异的耐热性、耐热冲击性、韧性和耐磨性。特点：具有优异的耐热性、耐热冲击性、韧性和耐磨性。 l应用：作为耐磨材料

45、可以减轻磨损，在汽车中得到了良好应用：作为耐磨材料可以减轻磨损，在汽车中得到了良好 的应用效果；在重油、原油火力发电机的火焰喷嘴中得到了的应用效果；在重油、原油火力发电机的火焰喷嘴中得到了 应用。可望在宇宙、航空领域得到应用。应用。可望在宇宙、航空领域得到应用。 l火焰喷嘴内部的温度达火焰喷嘴内部的温度达12001200，外部空气冷却，在厚度方向温差大。而，外部空气冷却，在厚度方向温差大。而 且在紧急停止时需用含饱和水蒸气的空气急冷。体现了该类材料的优异且在紧急停止时需用含饱和水蒸气的空气急冷。体现了该类材料的优异 的耐热性和耐热冲击性。的耐热性和耐热冲击性。 SiSi3 3N N4 4基复合

46、材料基复合材料 47 v 连续纤维增强陶瓷复合材料连续纤维增强陶瓷复合材料 陶瓷基复合材料的应用陶瓷基复合材料的应用 表表 7-1 连连续续纤纤维维增增强强陶陶瓷瓷复复合合材材料料应应用用领领域域 应应用用范范围围例例子子其其他他类类似似应应用用 发发动动机机燃燃 烧烧 室室 、 衬衬 套套、耐耐磨磨件件等等 喷喷气气发发动动机机、绝绝热热柴柴油油 机机 热热 交交 换换 设设备备 空空气气预预热热器器、 同同流流换换热热器器 间间 接接 加加 热热 器器 、 铝铝 回回 容容 器器、钢钢的的再再集集热热器器等等 燃燃烧烧器器白白炽炽管管燃燃烧烧器器高高 温温 、 控控 制制 气气 氛氛 下下

47、 溶溶 化化、加加热热设设备备等等 炉炉 膛膛 燃燃 烧烧室室 低低温温白白炽炽燃燃烧烧 室室 包包括括小小型型和和大大型型低低 NOX 清清洁洁燃燃烧烧加加热热装装置置 工工 艺艺 设设 备备 反反 应应 室室 、 HIP 设设备备 化化工工设设备备、石石油油化化工工设设 备备 垃垃 圾圾 焚焚 烧烧炉炉 操操纵纵设设备备、内内 部部件件和和清清洁洁件件 有有毒毒的的、危危险险的的垃垃圾圾处处 理理 设设 备备 （ 包包 括括 能能 源源 再再 生生） 隔隔 离离 、 过过滤滤 隔隔 离离 器器 、 基基 底底、离离心心设设备备 涡涡轮轮叶叶片片、柴柴油油机机隔隔离离 阀阀 、 熔熔 融融

48、金金 属属 过过 滤滤 设设 备备、污污水水处处理理 48 v 应用实例应用实例 陶瓷基复合材料的应用陶瓷基复合材料的应用 49 v 碳碳/ /碳复合材料碳复合材料 复合材料的应用复合材料的应用 R特点：利用碳纤维可以改善材料的断裂韧性，质量轻、特点：利用碳纤维可以改善材料的断裂韧性，质量轻、 比强度高、耐高温等；但价格贵，高温下易氧化。比强度高、耐高温等；但价格贵，高温下易氧化。 R 应用：从火箭、宇宙飞船、人造卫星等作用的先进材料应用：从火箭、宇宙飞船、人造卫星等作用的先进材料 到一般工业材料等。到一般工业材料等。 R 航天飞机的鼻锥和机翼前沿及其它高温部件，取代陶瓷航天飞机的鼻锥和机翼前

49、沿及其它高温部件，取代陶瓷 作热屏蔽材料；制造高推力作热屏蔽材料；制造高推力/ /质量比引擎。质量比引擎。 R制作刹车片、汽车和赛车制作刹车片、汽车和赛车 制动系统、高温模具、高制动系统、高温模具、高 温真空炉内衬材料。温真空炉内衬材料。 C/CC/C复合材料三维火箭仓体零件复合材料三维火箭仓体零件 50 v 碳碳/ /碳复合材料碳复合材料 复合材料的应用复合材料的应用 51 v 层状复合材料层状复合材料 复合材料的应用复合材料的应用 大功率船舶推进马达，采用了一种包银的高温超导体，通过大功率船舶推进马达，采用了一种包银的高温超导体，通过 的电流比铜线大多的电流比铜线大多100100倍，大大增

50、大了马达的磁场强度和功率倍，大大增大了马达的磁场强度和功率 密度。密度。 铝包覆的铝包覆的NbTiNbTiCuCu超导线用于扫雷系统。可减轻重量且可使超导线用于扫雷系统。可减轻重量且可使 磁场稳定。把纯铝包覆在超导芯材上，其工艺采用挤拉包覆。磁场稳定。把纯铝包覆在超导芯材上，其工艺采用挤拉包覆。 玻璃金属复合材料用于深海潜玻璃金属复合材料用于深海潜 艇耐压壳体。其结构是玻璃层位艇耐压壳体。其结构是玻璃层位 于两层金属蒙皮之间，玻璃层承于两层金属蒙皮之间，玻璃层承 受压应力，金属蒙皮承受拉应力。受压应力，金属蒙皮承受拉应力。 如用可焊钢和硅微晶玻璃，与高如用可焊钢和硅微晶玻璃，与高 强钛合金相比，玻璃金属的比强强钛合金相比，玻璃金属的比强 度高且造价低廉。度高且造价低廉。 52 v 层状复合材料层状复合材料 复合材料的应用复合材料的应用 铝合金铝合金- -钢爆炸复合板，双体客船铝质上层建筑与钢质船体钢爆炸复合板，双体客船铝质上层建筑与钢质船体 甲板的过渡连接之后，又相继应用于有关型号导弹快艇等多甲板的过渡连接之后，又相继应用于有关型号导弹快艇等多 条军艇和民船上。条军艇和民船上。 铝铝/ /钢复合板钢