完整版复合材料制备-ppt课件

1、复合材料的制备复合材料的制备徐波，李长青，冯玉立1 复合材料概况2 几种重要的复合材料3 复合材料的制备工艺一 复合材料概论v 复合材料复合材料(composite material)是有机高是有机高分子、无机非金属或金属等几种不同材料，分子、无机非金属或金属等几种不同材料，通过复合工艺组合而成的新型材料。或者说通过复合工艺组合而成的新型材料。或者说是由两种或两种以上化学性质或组织结构不是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成的多相固体材料。同的材料组合而成的多相固体材料。 复合材料由两部分组成：基体相复合材料由两部分组成：基体相(连续相连续相)和增强相和增强相(分散相分散相)。

2、 基体相是连续相材料，把改善性基体相是连续相材料，把改善性能的增强相材料粘结在一起，起粘结能的增强相材料粘结在一起，起粘结剂的作用。剂的作用。 增强相大部分是高强物质，起增强相大部分是高强物质，起提高强度或韧性的作用。提高强度或韧性的作用。 v复合材料按增强复合材料按增强相形状可分为三相形状可分为三类：类：v 1 纤维增强复纤维增强复合材料合材料v 2 层合增强复层合增强复合材料合材料 v 3 颗粒增强复颗粒增强复合材料合材料v按基体相材料类型可分按基体相材料类型可分为三类：为三类：v 1 树脂基复合材料树脂基复合材料v 2 金属基复合材料金属基复合材料v 3 陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料复合

3、材料结构示意图复合材料结构示意图a)层叠复合层叠复合 b)连续纤维复合连续纤维复合 c)细粒复合细粒复合 d)短切纤短切纤维复合维复合复合材料的技术性能复合材料的技术性能 1. 比强度和比模量高比强度和比模量高 比强度抗拉强度与密度之比和比模比强度抗拉强度与密度之比和比模量量(弹性模量与密度之比弹性模量与密度之比)高，说明材料轻而高，说明材料轻而且刚性大。且刚性大。 2. 良好的抗疲劳性能良好的抗疲劳性能 疲劳是材料在循环应力作用下的性质。复疲劳是材料在循环应力作用下的性质。复合材料能有效地阻止疲劳裂纹的扩展。合材料能有效地阻止疲劳裂纹的扩展。 3. 减振性能好减振性能好 在工作过程中振动问题

4、十分突出，复合材在工作过程中振动问题十分突出，复合材料为多相系统，大量的界面对振动有反射吸收料为多相系统，大量的界面对振动有反射吸收作用。且自振动频率高，不易产生共振作用。且自振动频率高，不易产生共振 4. 高温性能好高温性能好 复合材料在高温下强度和模量基本不变。复合材料在高温下强度和模量基本不变。二 重要的复合材料2.1 纤维增强复合材料纤维增强复合材料 (1) 玻璃纤维增强复合材料玻璃纤维增强复合材料 以树脂为基体，玻璃纤维为增强材料制成以树脂为基体，玻璃纤维为增强材料制成的复合材料。的复合材料。 玻璃纤维是由熔融玻璃纤维是由熔融 的玻璃经快速拉伸的玻璃经快速拉伸, 冷却所形成的纤维。冷

5、却所形成的纤维。 增强工程塑料即增强工程塑料即 玻璃钢。玻璃钢。(2) 碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料v 碳纤维增强材料与树脂基体组成的材料碳纤维增强材料与树脂基体组成的材料称为碳纤维增强复合材料。称为碳纤维增强复合材料。v 这类材料保持了玻璃钢的许多优点，而这类材料保持了玻璃钢的许多优点，而且性能优于玻璃钢。因而且性能优于玻璃钢。因而v 可作宇宙飞行器的外层可作宇宙飞行器的外层v 资料，人造卫星和火箭资料，人造卫星和火箭v 的机架、壳体等。的机架、壳体等。(3) 硼纤维增强复合材料硼纤维增强复合材料 硼纤维是一种强度、刚度均比碳纤维高硼纤维是一种强度、刚度均比碳纤维高的纤维。硼纤维增强

6、复合材料是硼纤维增强的纤维。硼纤维增强复合材料是硼纤维增强材料与树脂基体组成的复合材料。用作高温材料与树脂基体组成的复合材料。用作高温材料，但因为价格昂贵，应用受到限制。主材料，但因为价格昂贵，应用受到限制。主要用于航空工业。要用于航空工业。2 .2 层合增强复合材料层合增强复合材料(1) 双层金属复合材料双层金属复合材料 双层金属复合材料是将特性不同的两种双层金属复合材料是将特性不同的两种金属，用胶合或者熔合铸造、热压、焊接、金属，用胶合或者熔合铸造、热压、焊接、喷涂等方法复合在一起以满足某种性能要求喷涂等方法复合在一起以满足某种性能要求的材料。的材料。(2) 夹层复合材料夹层复合材料 夹层

7、复合材料是性质完全不同的表面材夹层复合材料是性质完全不同的表面材料与芯材复合而成的一种材料。料与芯材复合而成的一种材料。2.3 颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料 颗粒复合材料是一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体颗粒复合材料是一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体材料内所组成的材料。材料内所组成的材料。 尼龙尼龙6/粘土纳米复合材料粘土纳米复合材料三 复合材料的成型工艺3.1聚合物基复合材料的成型工艺 聚合物基复合材料的性能在纤维与树脂体系确定聚合物基复合材料的性能在纤维与树脂体系确定后，主要决定于成型工艺。后，主要决定于成型工艺。成型工艺主要包括以下两个方面：成型工艺主要包括以下两个方面： 一是成

8、型，即将预浸料按产品的要求，铺置成一定一是成型，即将预浸料按产品的要求，铺置成一定的形状，一般就是产品的形状的形状，一般就是产品的形状; 二是固化，即把已铺置成一定形状的叠层预浸料，二是固化，即把已铺置成一定形状的叠层预浸料，在温度、时间和压力等因素影响下使形状固定下来，在温度、时间和压力等因素影响下使形状固定下来，并能达到预期的性能要求。并能达到预期的性能要求。缠绕工艺流程图缠绕工艺流程图复合材料的成型树脂基复合材料成型手糊成型层压成型热压罐成型喷射成型对模模压成型缠绕成型 根据各种方法的基本特点，把金属基复根据各种方法的基本特点，把金属基复合材料的制备工艺分为四大类：合材料的制备工艺分为四

9、大类：(1) 固态法；固态法；(2) 液态法；液态法；(3) 喷射与喷涂沉积法；喷射与喷涂沉积法；(4) 原位复合法。原位复合法。 固态制备工艺主要为扩散结合和粉末治固态制备工艺主要为扩散结合和粉末治金两种方法金两种方法 扩散结合在一定的温度和压力下，把表扩散结合在一定的温度和压力下，把表面新鲜清洁的相同或不相同的金属，通过表面新鲜清洁的相同或不相同的金属，通过表面原子的互相扩散而连接在一起。面原子的互相扩散而连接在一起。 粉末冶金既可用于连续长纤维增强，又粉末冶金既可用于连续长纤维增强，又可用于短纤维、颗粒或晶须增强的金属基复可用于短纤维、颗粒或晶须增强的金属基复合材料。合材料。（2液态法液

10、态法（3喷射与喷涂沉积法v首先，将基体金属在坩埚中熔化后，在压力首先，将基体金属在坩埚中熔化后，在压力作用下通过喷咀送入雾化器，在高速惰性气作用下通过喷咀送入雾化器，在高速惰性气体射流的作用下，液态金属被分散为细小的体射流的作用下，液态金属被分散为细小的液滴，形成所谓液滴，形成所谓“雾化锥雾化锥” ；然后，通过一；然后，通过一个或多个喷咀向个或多个喷咀向“雾化锥喷射入增强颗粒，雾化锥喷射入增强颗粒，使之与金属雾化液滴一齐在基板收集器使之与金属雾化液滴一齐在基板收集器上沉积，并快速凝固形成颗粒增强金属基复上沉积，并快速凝固形成颗粒增强金属基复合材料，如下图所示。合材料，如下图所示。雾化金属液滴与颗粒共沉积示意图雾化金属液滴与颗粒共沉积示意图3.3陶瓷基复合材料的制备工艺 （1传统的制备技术（2新的制备技术 新的制备技术主要指在新的制备技术主要指在20世纪世纪70年代开年代开始发展起来的技术。它包括渗透，直接氧化，始发展起来的技术。它包括渗透，直接氧化，以化学反应为基础的以化学反应为基础的CVD、CVI，溶胶，溶胶-凝胶，凝胶，聚合物热解，白蔓燃高温合成聚合物热解，白蔓燃高温合成(SHS)等技术。等技术。 渗透法就是在预制的渗透法就是在预制的增强材料坯件中使基体增强材料坯件中使基体材料