工程材料-过控-3-复合材料幻灯片.ppt

;;复合材料 ;复合材料是多相材料，主要包括基体相和增强相。 基体相是一种连续相，它把改善性能的增强相材料固; 复合材料可以是一个连续相与一个分散相的复合，也可以是两个或多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合。 复合后的产物为固体。 产物为液体或气体时，不能称为复合材料。; 复合材料与传统材料相比，两个主要特点是性能可设计性和材料与构件成型的一致性。 复合材料所期望的复合效果是原材料（组分材料）的性能互补，并产生叠加效果，具备一些原材料所不具备的优异的物化性能。; 材料设计是指在材料科学的理论知识和已有经验的基础上，按预定性能要求，确定材料的组分和结构，预测达到性能要求应选择的工艺手段和工艺方法。 通过改变材料的组分、结构、工艺方法和工艺参数来调节材料的性能，是材料性能的可设计性。 复合材料设计：选材、制备工艺、工艺参数控制。; 复合材料与复合材料构件是同时成型，在把增强材料掺入基体形成复合材料的同时，形成复合材料构件，称为复合材料与构件制造的一致性。 一次成型：根据构件形状设计模具，使基体材料与增强材料组合、固化后获得复合材料构件。 后加工：构件的连接（螺接、铆接、焊接、粘结等）、机械切削加工及坯件的进一步塑性变形（金属基复合材料的挤压、轧制和滚压）。 净成型：一次成型后，复合材料构件可供直接使用的成型方法。;复合材料的分类 1、按基体材料分类，可分为聚合物基、陶瓷基和金属基复合材料。 2、按增强相形状分类，可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料和层状复合材料。 3、按复合材料的性能分类，可分为结构复合材料和功能复合材料。;结构复合材料按不同基体分类 -基体材料的种类; 强调基体时，以基体材料的名称为主。 树脂基、金属基、陶瓷基复合材料等。 强调增强体时，以增强材料的名称为主。 玻璃纤维、碳纤维、陶瓷颗粒增强复合材料。;复合材料的特点 1、比强度和比模量高 其中纤维增强复合材料的最高。 2、抗疲劳性能好 碳纤维增强材料?-1可达?b的70~80%。因纤维对疲劳裂纹扩展有阻碍作用。 3、减振性能良好 复合材料中的大量界面对振动有反射吸收作用，不易产生共振。 4、高温性能好。 ;粒子与层状增强复合材料 ;聚合物基粒子复合材料如酚醛树脂中掺入木粉的电木、碳酸钙粒子改性热塑性塑料的钙塑材料(合成木材)等。 陶瓷基粒子复合材料如氧化锆增韧陶瓷等。 ;金属基粒子复合材料又称金属陶瓷，是由钛、镍、钴、铬等金属与碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等组成的非均质材料。 碳化物金属陶瓷作为工具材料已被广泛应用，称作硬质合金。硬质合金通常以Co、Ni作为粘结剂，WC、TiC等作为强化相。 ;硬质合金主要有钨钴(YG)和钨钴钛(YT)两类。牌号中，YG后的数字为含Co量，YT后的数字为碳化钛含量。 硬质合金硬度极高，且热硬性、耐磨性好，一般做成刀片，镶在刀体上使用。;层状复合材料 层状复合材料是指在基体中含有多重层片状高强高模量增强物的复合材料。;双金属、表面涂层等也是层状复合材料。 结构层状材料根据材质不同，分别用于飞机制造、运输及包装等。 ;纤维增强复合材料 ;1、弹性模量及强度 外力方向与纤维轴向相同时，?c= ?f = ?m (f-纤维、 m-基体、 c-复合材料)，则;纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向有关。 纤维无规排列时，能获得基本各向同性的复合材料。均一方向的纤维使材料具有明显的各向异性。纤维采用正交编织，相互垂直的方向均具有好的性能。纤维采用三维编织，可获得各方向力学性能均优的材料。 ;纤维的种类和性能 1、玻璃纤维：用量最大、价格最便宜。 2、碳纤维：化学性能与碳相似。 3、硼纤维：耐高温、强度、弹性模高。 4、金属纤维：成丝容易、弹性模量高。 5、陶瓷纤维：用于高温、高强复合材料。;6、芳香族聚酰胺纤维: 强度、弹性模量高，耐热。 7、聚乙烯纤维: 韧性极好，密度非常小 。 8、晶须：是直径小于30?m，长度只有几毫米的针状单晶体，断面呈多角形, 是一种高强度材料。 分为金属晶须和陶瓷晶须。金属中, Fe晶须已投入生产。工业生产的陶瓷晶须主要是SiC晶须。 ;纤维增强体的强度和模量;典型纤维增强体的性能;聚合物基纤维增强复合材料 常用碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维增强高分子材料。 这类复合材料的性能较环氧树脂等基体有大幅度的提高，比强度也高得多。 ;纤维增强聚合物基复合材料零件;在航空中的应用 ;纤维增强金属基复合材料 金属的熔点高，故高强度纤维增强后的金属基复合材料（MMC）可以使用在较高温的工作环境之下。 常用的基体金属材料有铝合金、钛合金和镁合金。;MMC虽强度和弹性模量（刚度）增加，但塑性和韧性因使用陶瓷纤维而有所降低。这在一定程度上限制了MMC的应用范围。