《Ch復(fù)合材料》課件

《CH復(fù)合材料》碳化硅(SiC)復(fù)合材料是一種新型的先進(jìn)材料，在航空航天、汽車和電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。SiC復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐高溫性、耐腐蝕性、抗氧化性和電學(xué)性能，使其成為各種嚴(yán)苛環(huán)境下的理想選擇。復(fù)合材料簡介復(fù)合材料是指由兩種或多種不同材料組成的材料，且不同材料之間相互結(jié)合，從而形成一種具有全新性能的材料。復(fù)合材料通常由增強(qiáng)材料和基體材料組成。增強(qiáng)材料可以是纖維、顆粒、片狀等，主要起增強(qiáng)作用，提高材料的強(qiáng)度、剛度、韌性等性能?；w材料可以是樹脂、金屬、陶瓷等，主要起粘結(jié)和連接作用，使增強(qiáng)材料均勻分布。定義及分類定義復(fù)合材料是由兩種或多種不同材料組成的，其性能優(yōu)于任何一種組成材料。例如，玻璃纖維增強(qiáng)塑料（FRP）由玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，樹脂作為基體材料組成。分類復(fù)合材料可根據(jù)基體材料和增強(qiáng)材料進(jìn)行分類。基體材料常見的包括樹脂、金屬、陶瓷和碳。增強(qiáng)材料則有纖維、顆粒、晶須等?；w材料樹脂樹脂是復(fù)合材料中重要的組分之一，它起著粘合增強(qiáng)材料的作用，賦予復(fù)合材料整體性能。金屬金屬基復(fù)合材料是指以金屬為基體，通過添加增強(qiáng)材料來提高性能。陶瓷陶瓷基復(fù)合材料是指以陶瓷為基體，通過添加增強(qiáng)材料來提高性能。聚合物聚合物基復(fù)合材料是指以聚合物為基體，通過添加增強(qiáng)材料來提高性能。增強(qiáng)材料碳纖維碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、體育用品等領(lǐng)域。玻璃纖維玻璃纖維是一種強(qiáng)度高、耐腐蝕、價(jià)格低廉的增強(qiáng)材料。在建筑、汽車、船舶等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。芳綸纖維芳綸纖維是一種高強(qiáng)度、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕的增強(qiáng)材料，常用于制作防彈衣、防火服等。復(fù)合材料制備原材料準(zhǔn)備選擇合適的基體材料和增強(qiáng)材料，并進(jìn)行預(yù)處理，如清洗、干燥等?；旌吓c成型將基體材料和增強(qiáng)材料混合均勻，并采用不同的成型工藝，如手糊成型、預(yù)浸料成型等，將混合料制成所需的形狀。固化在一定的溫度和壓力下對混合料進(jìn)行固化，使基體材料與增強(qiáng)材料之間形成牢固的結(jié)合，從而獲得所需的復(fù)合材料。后處理對固化后的復(fù)合材料進(jìn)行后處理，如修整、打磨、表面處理等，以滿足使用要求。澆注成型澆注成型是一種常用的復(fù)合材料制備方法。將樹脂、增強(qiáng)材料和填料混合后，倒入模具中，在一定溫度和壓力下固化成型。1混合將樹脂、增強(qiáng)材料和填料混合在一起。2澆注將混合物澆注到模具中。3固化在一定溫度和壓力下固化。4脫模從模具中取出成型產(chǎn)品。澆注成型工藝簡單，成本低廉，適用于形狀簡單的復(fù)合材料制品。預(yù)浸料成型11.樹脂浸漬將纖維布浸泡在樹脂中，使樹脂充分滲透到纖維內(nèi)部。22.鋪層成型將浸漬好的纖維布按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋪層，形成所需的形狀和尺寸。33.固化成型在一定的溫度和壓力下對鋪層進(jìn)行加熱固化，使樹脂固化并與纖維形成一體。預(yù)浸料成型是一種重要的復(fù)合材料成型工藝，具有以下特點(diǎn)：成型精度高，產(chǎn)品表面光滑，機(jī)械性能優(yōu)良，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，適用于航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域。SMC/BMC成型1SMC片狀模塑料，簡稱SMC，是一種由不飽和樹脂、玻璃纖維、填料等混合而成的片狀材料。2BMC塊狀模塑料，簡稱BMC，是一種由不飽和樹脂、玻璃纖維、填料等混合而成的塊狀材料。3成型工藝SMC/BMC成型工藝是將SMC/BMC材料預(yù)熱后，在模具中進(jìn)行壓制成型。纖維纏繞成型纖維纏繞成型是一種通過將纖維預(yù)浸料纏繞在模具上，并通過樹脂固化來制造復(fù)合材料零件的工藝。該工藝主要適用于制造具有復(fù)雜幾何形狀和高強(qiáng)度要求的零件，例如壓力容器、管道、葉片等。1纖維預(yù)浸料將纖維浸漬在樹脂中形成預(yù)浸料2纏繞成型將預(yù)浸料纏繞在模具上3樹脂固化通過加熱或化學(xué)反應(yīng)固化樹脂4零件加工對零件進(jìn)行切割、修整和表面處理熱壓成型1準(zhǔn)備將預(yù)制好的復(fù)合材料坯料放置在模具中。2加壓在一定溫度下，對坯料施加壓力。3固化樹脂在壓力和溫度下固化，形成致密的復(fù)合材料。4冷卻冷卻成型后的復(fù)合材料，并從模具中取出。熱壓成型是一種常見的復(fù)合材料成型工藝，適用于形狀復(fù)雜、尺寸較小的產(chǎn)品。熱壓成型能提高復(fù)合材料的密度和機(jī)械性能，并降低其孔隙率。真空包覆成型材料準(zhǔn)備首先，將預(yù)浸料或纖維布料切割成所需的形狀和尺寸，并根據(jù)需要放置在模具中。真空抽氣將模具放入真空室，并通過抽氣系統(tǒng)將空氣抽出，形成負(fù)壓環(huán)境，使預(yù)浸料緊密貼合在模具表面。樹脂固化在真空狀態(tài)下，對模具進(jìn)行加熱，使樹脂固化，從而將纖維和樹脂結(jié)合在一起，形成最終的復(fù)合材料制品。冷卻脫模固化完成后，將模具冷卻至室溫，然后將制品從模具中取出，完成真空包覆成型過程。自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備11.自動(dòng)化切割數(shù)控切割機(jī)可提高精度，降低人工成本。22.自動(dòng)化鋪層機(jī)器人手臂可以精準(zhǔn)地鋪設(shè)纖維層。33.自動(dòng)化固化自動(dòng)化的固化爐能提供穩(wěn)定的溫度和壓力。44.自動(dòng)化檢測無損檢測設(shè)備可以實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程。纖維預(yù)成型纖維預(yù)成型概述纖維預(yù)成型是指將增強(qiáng)纖維按照預(yù)定的形狀和尺寸進(jìn)行排列和固定，形成預(yù)先設(shè)計(jì)的形狀，方便后續(xù)的樹脂浸漬和固化成型。預(yù)成型技術(shù)優(yōu)勢纖維預(yù)成型可以提高復(fù)合材料的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)能夠改善復(fù)合材料的性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量。纖維預(yù)成型方法常見的纖維預(yù)成型方法包括編織、針刺、鋪層、熱壓等，不同的方法適用于不同的材料和產(chǎn)品。預(yù)成型技術(shù)預(yù)成型技術(shù)優(yōu)勢提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。預(yù)成型技術(shù)分類主要包括纖維預(yù)成型和織物預(yù)成型。纖維預(yù)成型通過機(jī)器將短切纖維或連續(xù)纖維鋪設(shè)成特定形狀，然后用樹脂浸漬?？椢镱A(yù)成型使用預(yù)先編織好的纖維織物，在成型過程中直接與樹脂浸漬。樹脂浸漬1浸漬目的使纖維增強(qiáng)材料充分浸潤樹脂，形成均勻的樹脂基體，使復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能。2浸漬方法真空浸漬、壓力浸漬、滾筒浸漬、噴涂浸漬等，選擇合適的浸漬方法取決于復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、尺寸和樹脂類型。3浸漬控制控制浸漬時(shí)間、溫度、壓力等因素，確保樹脂均勻分布，避免氣泡產(chǎn)生，提升復(fù)合材料質(zhì)量。樹脂固化固化反應(yīng)樹脂固化是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程，將液體樹脂轉(zhuǎn)化為固體。熱固性樹脂熱固性樹脂通過加熱固化，形成交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不可逆轉(zhuǎn)。熱塑性樹脂熱塑性樹脂通過加熱軟化，冷卻后可以反復(fù)固化，可逆轉(zhuǎn)。固化條件固化條件包括溫度、壓力、時(shí)間和催化劑。固化過程固化過程通常伴隨著放熱和體積收縮，影響最終產(chǎn)品性能。后處理工藝1修整去除毛刺和多余部分2打磨改善表面光潔度3涂層提高表面性能4檢驗(yàn)確保產(chǎn)品質(zhì)量后處理工藝是復(fù)合材料制造過程中的重要環(huán)節(jié)，它對最終產(chǎn)品的性能和外觀至關(guān)重要。修整、打磨、涂層和檢驗(yàn)等步驟可以提升復(fù)合材料的表面質(zhì)量和性能，并確保產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)要求。機(jī)械性能復(fù)合材料的機(jī)械性能受多種因素影響，例如纖維類型、基體材料、增強(qiáng)方式、制造工藝等。100強(qiáng)度復(fù)合材料的強(qiáng)度通常遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)材料，如金屬和塑料。10剛度復(fù)合材料具有優(yōu)異的剛度，這意味著它們能夠承受更大的負(fù)載而不會(huì)發(fā)生變形。20韌性一些復(fù)合材料具有較高的韌性，能夠在受到?jīng)_擊或彎曲時(shí)吸收大量的能量而不發(fā)生斷裂。2疲勞強(qiáng)度復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度較高，能夠在反復(fù)荷載下保持較好的性能。熱性能復(fù)合材料的熱性能主要指其耐熱性、熱傳導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等。這些性能對復(fù)合材料在高溫環(huán)境下的應(yīng)用至關(guān)重要。例如，航空航天領(lǐng)域需要耐高溫的復(fù)合材料，而建筑領(lǐng)域則需要具有良好隔熱性能的復(fù)合材料。熱傳導(dǎo)率(W/mK)熱膨脹系數(shù)(ppm/℃)上述圖表顯示了不同復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)，可以看出，碳纖維增強(qiáng)樹脂具有較低的熱傳導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)，而金屬則具有較高的熱傳導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)。耐化學(xué)性能類型性能酸性耐酸性堿性耐堿性有機(jī)溶劑耐溶劑性復(fù)合材料的化學(xué)性能取決于基體樹脂和增強(qiáng)材料的化學(xué)性質(zhì)。不同的復(fù)合材料對不同化學(xué)物質(zhì)的耐受性差異很大。耐熱性能復(fù)合材料的耐熱性能是指材料在高溫環(huán)境下保持其物理和機(jī)械性能的能力。復(fù)合材料的耐熱性能與其基體材料、增強(qiáng)材料和制備工藝密切相關(guān)。例如，玻璃纖維增強(qiáng)樹脂的耐熱溫度一般在150℃左右，而碳纖維增強(qiáng)樹脂的耐熱溫度可以達(dá)到250℃以上。陶瓷基復(fù)合材料的耐熱溫度可以達(dá)到1200℃以上。耐疲勞性能材料循環(huán)次數(shù)應(yīng)力幅值金屬低低陶瓷高高復(fù)合材料高低復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐疲勞性能。由于其纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料可以承受多次循環(huán)載荷而不會(huì)出現(xiàn)明顯的疲勞裂紋。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的耐疲勞性比傳統(tǒng)金屬材料更優(yōu)異。吸音隔熱性能0.5吸聲系數(shù)CH復(fù)合材料的孔隙結(jié)構(gòu)可以有效地吸收聲波。0.8隔熱系數(shù)低熱導(dǎo)率，有效隔絕熱量傳遞。表面工藝表面處理表面處理是改善復(fù)合材料性能和外觀的重要環(huán)節(jié)。常見的表面處理方法包括噴涂、電鍍、化學(xué)鍍、陽極氧化等。噴涂可以為復(fù)合材料表面提供保護(hù)層，提高耐腐蝕性和抗磨損性，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)顏色和圖案定制。表面裝飾表面裝飾可以提升復(fù)合材料的美觀度，使產(chǎn)品更具市場競爭力。常用的裝飾方法包括貼膜、印刷、雕刻等。貼膜可以改變復(fù)合材料表面的顏色、紋理，并能提供保護(hù)層，例如防刮、抗紫外線等。連接技術(shù)11.機(jī)械連接螺栓、鉚釘、卡扣等方式，適用于承受較小載荷的場合。22.粘接利用膠粘劑將不同材料粘接在一起，適用于承受較大載荷且對表面要求高的場合。33.焊接利用高溫將不同材料熔化并連接在一起，適用于承受高載荷且需要高強(qiáng)度的場合。44.熱壓連接利用熱壓將不同材料連接在一起，適用于需要快速連接且對精度要求較高的場合。檢測與質(zhì)量控制性能檢測拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等。外觀檢查尺寸偏差、表面缺陷、氣泡、分層、脫層等。微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡、透射電鏡等，觀察纖維排列、基體結(jié)構(gòu)、界面結(jié)合情況等。質(zhì)量控制嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量、生產(chǎn)工藝、檢測標(biāo)準(zhǔn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。應(yīng)用領(lǐng)域交通運(yùn)輸復(fù)合材料在飛機(jī)機(jī)身、汽車車身、高鐵車廂等方面應(yīng)用廣泛。能源領(lǐng)域復(fù)合材料制造風(fēng)力