第7章 复合材料成形--2010年11月-机制08-123.ppt

1、第7章复合材料成型、复合材料：两种以上不同性质物质组合而成的新材料、7.1复合材料成型基础复合是包括物理、化学、力学乃至生物学相互作用在内的复杂过程。 7.1.1影响复合材料性能的要素基材性能、增强体特征、组合物比例、界面性质、成型方法和工艺残奥表、基材性能：强度、弹性模量、化学稳定性、增强体特征：类型、粗细、强度和弹性模量增强纤维越细，复合材料增强体粒子越细，增强效果越好，粒径0.00 组合物的比例和分布等：增强体的含量、排列方式和方向以及与基体的界面粘合状况，必须适当控制。 成型方法和工艺残奥表：不同的复合材料选择合适的成型方法和工艺残奥表(压力、硬化温度)，7.1.2复合材料的复合原则为

2、了得到最佳的强度、刚性和韧性，纤维增强复合材料的生产应遵循以下原则： 1纤维的性能：高强度和高刚性。 也要求纤维的密度小，耐热性好。 应用多的纤维有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等，(2)对纤维需要一定的粘接性能，可以保护纤维表面不受损伤。 2基体的性能(1)为了防止纤维断裂时的裂纹扩展，需要一定的塑性和韧性。 聚合物和金属可以很好地满足上述要求，3纤维和基体之间需要适当的结合强度，负荷从基体传到纤维，充分发挥纤维的增强作用，4纤维需要合理的含量、尺寸和分布(1)含量：纤维的体积容量越大，增强效果越好。 (2)尺寸：纤维直径越小，加固效果越好。 (3)分布：纤维排列采用不同的方向交叉层压方

3、式，可达到多方向加固效果。 1材料制造和产品成形同时完成的形状复杂的大型产品，可一次一体成形，工艺简单，生产周期短，成本低。 减少或取消接头，应力集中小，产品质量轻，刚性和抗疲劳性高。 2材料性能的设定修订性基材和增强材料及其适当比例合理的排列方向和层数合理的复合工艺和残奥表产品结构合理、安全可靠、经济性好，7.1.3复合材料成形的工艺特点、成形过程：原材料制造、生产准备、产品成形、硬化、脱模和修整、检验， 1手糊法脱模剂表面的糊增强材料将树脂硬化至所需层数进行脱模修整和检验，特点：设备简单，不受产品尺寸限制，工作条件差，产品质量不稳定，强度低。 适用于大型产品的小批量多品种生产。 应用：船体

4、、浴缸、波瓦、汽车壳体、风扇叶片最早，现在也得到广泛应用，1-模具2-脱模剂3-橡胶层4-玻璃纤维5-手动压辊6-树脂，2喷涂法将手动浆法成形作业中的浆料工序改为喷枪优点：注射法成型为半机械化操作，生产效率高，产品毛刺少，无缝整体性好。 缺点：树脂含量高产品强度低作业现场粉尘大作业环境差。 1模具2、5喷嘴3纤维4刀具6手动压辊7制品，3袋压制法是将用手糊法成形的制品或预浸料(预浸料树脂的纤维或织物)放入模具内，在制品上复盖橡胶袋或塑料袋，对未固化的制品表面施加气体压力而成形的工艺方法。 产品两面比较光滑，质量好，成型周期短，适用树脂类型广，产品形状复杂。 成本高，产品尺寸受设备限制。4卷绕法

5、将连续纤维或胶带浸渍在树脂中后，按照一定的规则卷绕成芯型，通过硬化、脱模得到产品的方法。 用于圆柱体、球体等旋转体产品，如压力罐、筒、储罐和火箭发动机箱，特点：产品比强度大，精度高，质量好，易于实现自动生产。 但是，产品轴向加固困难，设备投资大。 1-芯型2-树脂3-滚轮4-纤维、5冲压法是将干燥的浸渍纤维或织物等放入模具内，通过加热、加压使树脂塑化、熔融流动成形，使其固化而得到产品。 7.2.2金属基复合材料的成型方法以金属为基体，纤维、粒子等为增强体，特点：成型法制品尺寸精确，表面光滑，力学性能高。 应用：模压法技术简便，应用广泛，常用于船体、罩壳和汽车车身等产品的制造。 在等离子喷涂法惰

6、性气体保护下，从等离子电弧向排列好的纤维喷射熔融金属，使其冷却凝固形成复合材料的方法。 特点：界面结合紧密，成型过程中纤维不受损伤，但基质组织不致密。 2液渗透法是用金属液渗透强化体制复合材料的方法，可以用多种铸造方法实现，用于制造长、短纤维强化及混合强化的金属基复合材料，可以制造形状复杂的产品。 设备比较复杂，周期长，难以制造大型产品。 真空压制铸造法原理1发热元件2铸模3纤维母材4冷却块5熔融金属、3热压扩散结合法在高温下，对配置的纤维和金属基体施加静压，使纤维和金属发生原子扩散和少量塑性变形，完成粘接，加热温度低，纤维不易损伤，金属对纤维的润湿性和纤维的取向性好，但生产萨钛基、镍基等熔点

7、高的金属最主要的复合方法用于板材、型材和形状复杂的壁板、叶片等的制造。 (a )纤维和金属箔的复合b )具有金属镀层的纤维复合1、3纤维2金属箔4金属镀层、7.2.3陶瓷系复合材料的成形方法陶瓷系复合材料是以陶瓷为基础，将纤维、颗粒等作为增强体复合而成的材料。 1粉末浸渍法是将纤维强化体编织成所希望的形状，用陶瓷浆液浸渍，干燥后烧结。 不损伤加固体，不需要模具，工序简单，但产品密度和力学性能不够。 2热压烧结法是将纤维或织物增强体用陶瓷浆浸渍后，构成规定结构的基体，干燥后，在高温、高压下烧结制品。 产品密度和力学性能高。 3反应烧结法是将与增强材料混合的熔融金属直接氧化或氮化，制成复合材料。

8、反应产物最初在金属与气相界面形成，然后，继续在金属内部扩展，直到形成相互贯通的呈现三维网络的陶瓷类复合材料。 低成本，工艺简单，产品收缩小，形状和尺寸没有限制，常温性能好。 但是，产品的高温强度不高。 7.3复合材料制品的结构工艺性，1纤维的分布是采用截割纤维以满足装载要求，或者采用连续长纤维在几个方向上交叉铺设，使制品几乎能够得到各向同性。 为了提高板、壳面内的剪切阻力，通常纤维的纵向应与板、壳的框、肋形成45角。 2部件的弯曲部位采用圆角过渡，应避免弯曲部位的应力集中和弯曲部位的树脂滞留或胶不足引起的强度降低现象。 3尽量采用整体结构有利于简化产品结构，减少连接件数量，简化生产技术。 4采用刚性高的结构提高构件的承载能力和尺寸稳定性。 7.4复合材料的制造和成型技术的发展趋势，7.4.1复合材料的智能化生产技术在同一过程中进行材料设置修订和部件或器件的制造。实时控制材料的组织性能和产品的形状尺寸等，大幅度提高产品质量的可靠性和稳定性，缩短生产或研发周期，7.4.2结合创新和继承吸收、发展金属材料和高分子材料的成形技术精华。 复合材料的各种成形技术之间的结合，7.4.3新技术的开发和应用，本章的总结，复合材料由基材和增强材料组成。 金属系复合材料是以金属为基础，以纤维、粒子等为增强体复合而成。 金属类复合材料成形方法：等离子喷涂法、液状渗透法、热压扩散结