航空工程材料课件 25-复合材料

5-8复合材料课前回顾任务实施1.高分子材料如何分类？有什么性能特点？2.塑料有什么性能特点？在飞机上有什么应用？3.橡胶有什么性能特点？在飞机上有什么应用？4.陶瓷有什么性能特点？在飞机上有什么应用？知识目标1.了解复合材料的概念及性能特点；2.了解复合材料的分类及其应用；3.掌握复合材料在航空工业上的应用。能力目标会根据零件性能要求选择合适的复合材料。教学目标素质目标1.创新精神；2.航空工匠精神。新课导入：歼击机国产化复合材料的应用创新精神一、概述复合材料的“前世”远古的复合材料（距今5000年）：陕西半坡人利用草梗和泥筑墙；古代的复合材料：两汉中期以后，流行的漆器是夹纻胎的漆器；近现代的复合材料：混凝土20世纪40年代，学术界正式使用“复合材料”一词，意味着“复合材料”真正诞生了。一、概述根据所学知识和日常生活经验，回答以下问题：（1）飞机机体机构材料必须具备哪些性能？（2）使用金属材料作为机体结构材料有什么优点？又有什么局限性？一、概述钢筋混凝土橡胶轮胎复合材料的“今生”

第一代复合材料（1940-1960年）：第二代复合材料（1960-1980年）：一、复合材料的发展历程一、复合材料的发展历程第三代复合材料（1980-1990年）：第四代复合材料（1990年—至今）：结构功能一体化复合材料：隐身飞机智能材料：能够自我组装的材料二、复合材料概述1.复合材料的定义复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新材料，它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能，与一般材料的简单混合有本质的区别。——材料大辞典，1994·师昌绪主编·二、复合材料概述1.复合材料的定义定义要点：由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成，组元之间存在着明显的界面的新型多相固体材料；各组元不但保持各自的固有特性，而且可最大限度发挥该组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良特殊性能；复合材料具有可设计性。请问：以下哪些材料是复合材料？碳纤维，玻璃纤维/环氧树脂基单向带，铝/铜合金、钢筋混凝土、塑料二、复合材料概述二、复合材料概述复合材料

基体增强体一种连续相，将增强体材料固结成一体，并赋予复合材料一定的形状，传递外界应力，保护增强体免受外界环境侵蚀的作用。一种分散相，起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）的作用，改善复合材料的性能。

2、复合材料基本相二、复合材料概述2、复合材料基本相基体——连续相增强材料——分散相也称为增强体、增强剂、填充剂等，显著增强材料的性能。多数情况下，分散相较基体硬，刚度和强度较基体大。可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料。在基体和增强体之间存在着界面。二、复合材料概述3、复合材料的性能特点优点：（1）比强度和比模量高

（2）抗疲劳性能好

（3）减振性能好

（4）具有可设计性此外，复合材料还有较好的减摩性、耐蚀性、断裂安全性和工艺性等。缺点：（1）耐冲击性能差

（2）层间强度低二、复合材料概述三、复合材料的命名和分类1、复合材料的命名复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法，比较共同的趋势是根据增强体和基体的名称来命名，通常有以下三种情况：（1）强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等。（3）基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，如碳纤维/环氧树脂基复合材料。三、复合材料的命名和分类1、复合材料的命名例如：1）“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”，或简称为“玻璃纤维/环氧树脂复合材料或玻璃纤维/环氧”。碳纤维和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料”，也可写为“碳／金属复合材料”。碳纤维和碳构成的复合材料叫“碳／碳复合材料”；2）国外还常用英文编号来表示，如MMC（MetalMatrixComposite）表示金属基复合材料，FRP（FiberReinforcedPlastics）表示纤维增强塑料，而玻璃纤维/环氧则表示为GF/Epoxy，或G/Ep(G-Ep)。三、复合材料的命名和分类1、复合材料的命名课堂练习请说出下列复合材料的机体和增强体名称：GF/EP，CF/EP，CF/UP，Kevlar三、复合材料的命名和分类2、复合材料的分类按基体材料类型分类无机非金属基复合材料树脂基复合材料金属基复合材料热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料···陶瓷基复合材料碳基复合材料···铝基复合材料钛基复合材料镁基复合材料2、复合材料的分类功能复合材料按使用性能分类透波防弹、防爆装饰抗震、吸能结构复合材料壁板梁、肋桨叶舵面接头框2、复合材料的分类碳纤维复合材料有机纤维复合材料芳纶纤维复合材料陶瓷纤维复合材料玻璃纤维复合材料—玻璃钢按增强纤维类型分类2、复合材料的分类连续纤维增强复合材料纤维织物/编织体增强复合材料颗粒增强复合材料短纤维或晶须增强复合材料片状材料增强复合材料按增强相的形态分类252、复合材料的分类四、几类典型的复合材料及应用1、玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料：用玻璃纤维增强工程塑料的复合材料，即玻璃钢。现玻璃纤维增强复合材料用于反坦克导弹的战斗部壳体、尾翼座、发动机壳体以及火箭弹的喷管等。雷达罩四、几类典型的复合材料及应用1、玻璃纤维复合材料使用最广泛的纤维成本低、主要用于次承力结构和功能结构E-玻璃纤维介电性能优异耐化学耐腐蚀耐环境性能好S-玻璃纤维拉伸强度提高40％压缩强度提高25％模量提高20％密度降低4％可用于较高强度结构四、几类典型的复合材料及应用2、芳纶纤维复合材料使用受限制主要用于防弹、减振结构Kevlar-49、Kevlar-149韧性高能量吸收性能好（用于防弹装备）拉伸强度与刚度高、密度低压缩强度低疲劳性能好加工性能较差，常规刀具难以切割四、几类典型的复合材料及应用2、芳纶纤维复合材料芳纶纤维可制作大型飞机的二次结构材料，如机舱门、窗、整流罩体表面、机翼有关部件。也可制机内天花板、隔板、舱壁、行李架、座椅等。采用芳纶纤维复合材料可以减轻飞机自重30%左右。如L-1011三星式客机总的芳纶纤维复合材料用量达1135kg，使机重减轻365kg；波音757、767使用芳纶纤维复合材料，减轻机重454kg；DHC-7短程飞机减轻机重91kg；S-76商用直升机的外蒙皮使用芳纶复合材料已达50%；喷气式教练机T-4也采用芳纶纤维复合材料。芳纶纤维复合材料可制造火箭发动机壳体、压力容器、宇宙飞船驾驶舱等。芳纶纤维复合材料还可制造坦克、装甲车、飞机、潜艇的防弹板和头盔及防弹衣等。航空航天机体结构大量使用风电、建筑补强、运动器材等也广泛使用碳纤维carbonfibersT300、T700、T800、CCF300等含碳量93%-95%聚丙烯腈(PAN)-人造纤维-沥青基-强度不如PAN基力学性能不如PAN基和沥青基纤维综合性能优异四、几类典型的复合材料及应用3、碳纤维复合材料四、几类典型的复合材料及应用3、碳纤维复合材料碳纤维的分类PAN基碳纤维使用最为广泛，日本东丽（Toray）公司生产的PAN基碳纤维占据了行业领先地位，牌号以T+数字为主。四、几类典型的复合材料及应用3、碳纤维复合材料碳纤维的性能四、几类典型的复合材料及应用3、碳纤维复合材料常见碳纤维复合材料碳纤维/环氧复合材料：作基体的树脂，目前应用最多的是环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯。碳纤维/碳复合材料：用有机基体浸渍纤维坯块，固化后再进行热解，或纤维坯型经化学气相沉积，直接填入碳。碳纤维/金属复合材料：主要用于熔点较低的金属或合金，如在碳纤维表面镀金属，制成了碳纤维金属复合材料。碳纤维/陶瓷复合材料：我国研制了一种碳纤维石英玻璃复合材料。（1）体育运动领域：体育休闲用品领域复合材料的应用开发较早，目前占有30%以上的市场份额。（2）交通运输领域：碳纤维自行车车架；复合材料汽车；复合材料游艇；（3）能源领域：风力发电机的叶片；海上钻井平台上的护栏、扶手、通道、油箱和油罐。四、几类典型的复合材料及应用（4）航空航天领域：1)战斗机是复合材料发展水平的集中体现：四、几类典型的复合材料及应用2)运输类飞机是复合材料技术成熟的体现从波音737（5%的复合材料用量）发展到波音787，复合材料的用量增长到了50%。四、几类典型的复合材料及应用重点内容1、复合材料的概念及性能特点2、复合材料的分类及其应用3、复合材料在航空工业上的应用类型性能应用玻璃纤维复合材料（玻璃钢）良好的拉伸强度