《產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)材料與工藝》課件-第九章 復(fù)合材料與新型材料

9.1復(fù)合材料9.2新型材料

Ch9復(fù)合材料與新型材料

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復(fù)合材料復(fù)合材料綜述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料其他復(fù)合材料復(fù)合材料的成型加工

1.復(fù)合材料概念

近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高。有的除要求材料具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、低密度以外，還對(duì)材料的韌性、耐磨、耐腐蝕、電性能提出了種種特殊要求。更特殊的是有些產(chǎn)品要求材料具有多重性能，如導(dǎo)電而絕熱，強(qiáng)度比鋼好，彈性比橡膠好，又能焊接等。這對(duì)單一的金屬、工程塑料和工業(yè)陶瓷來(lái)說(shuō)是無(wú)能為力的。

復(fù)合材料是將一種或幾種材料用人工的方法均勻地與另一種材料結(jié)合而成的一種新型工程材料。

1.復(fù)合材料概念復(fù)合材料主要是為了克服單一材料的某些弱點(diǎn)，而采用合成材料的方式，從而充分發(fā)揮材料的綜合性能，取長(zhǎng)補(bǔ)短，達(dá)到最好的使用要求。

比如大多數(shù)金屬堅(jiān)韌但不耐高溫，而陶瓷耐高溫，卻又很脆，如果用粉末冶金的方法把它們摻合在一起制成金屬陶瓷，就具備了金屬的高強(qiáng)度、高韌性、又具有陶瓷的耐高溫性，目前復(fù)合材料在工程上應(yīng)用很多。復(fù)合材料在工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以得到最新科學(xué)技術(shù)所帶來(lái)的材質(zhì)美的享受，因而使產(chǎn)品具有鮮明的時(shí)代感。

1.復(fù)合材料概念

1）按使用性能分:功能復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

2）按基體分：聚合物復(fù)合材料、金屬?gòu)?fù)合材料和陶瓷復(fù)合材料。

3）按復(fù)合形式分：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、層合復(fù)合材料和顆粒復(fù)合材料。

其中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

詳見下表

2.復(fù)合材料的分類

2.復(fù)合材料的分類

基體增強(qiáng)體

金屬

陶瓷有機(jī)物

金屬

纖維增強(qiáng)金屬

包層金屬纖維增強(qiáng)陶瓷金屬陶瓷夾網(wǎng)玻絲鋼筋混凝土纖維增強(qiáng)塑料填充塑料鋁聚乙烯復(fù)合薄臘橡膠彈簧軟胎夾網(wǎng)玻板陶瓷纖維增強(qiáng)金屬粒子增強(qiáng)金屬碳纖維增強(qiáng)金屬纖維增強(qiáng)陶瓷壓電陶瓷玻璃纖維水泥石棉水泥板纖維增強(qiáng)塑料樹脂混凝土樹脂石膏材料乳膠水泥碳墨補(bǔ)強(qiáng)橡膠輪胎多層玻璃填充塑料有機(jī)物鋁聚乙烯復(fù)合薄膜復(fù)合薄膜合成皮革比強(qiáng)度和比模量高：它們使衡量材料承載能力的一個(gè)重要指標(biāo)。宇航、交通運(yùn)輸工具和機(jī)械過(guò)程中高速運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)零件需要盡量減輕自重而保持高的比強(qiáng)度和比能量。比如纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比能量都比較大?？蛊谛阅芎茫浩谄茐氖遣牧显诮蛔冚d荷作用下由于裂紋由里向外擴(kuò)展而形成的破壞。復(fù)合材料一定程度阻止裂紋的擴(kuò)展。減振能力強(qiáng)：復(fù)合材料構(gòu)成的自振頻率與結(jié)構(gòu)本身形狀有關(guān)，還與材料的比模量的平方成正比。復(fù)合材料的比模量最高，故自振頻率很高，一般不易發(fā)生共振而快速折斷，另外復(fù)合材料是非均質(zhì)多相體材料，有大量界面，能對(duì)振動(dòng)有反射和吸收作用。

3.復(fù)合材料的特性破損安全性好：纖維復(fù)合材料基體中有大量獨(dú)立纖維，載荷會(huì)迅速分配到眾多纖維上，不致造成構(gòu)件瞬間完全喪失承載能力而斷裂，故工作安全性高。耐熱性能好：一般鋁合金在400度時(shí)，彈性模量大幅度降低，強(qiáng)度也顯著下降，而碳（硼）纖維增強(qiáng)的鋁在此溫度下強(qiáng)度和模量基本不變。成型工藝簡(jiǎn)單靈活：復(fù)合材料可用模具采用一次成型制造各種零件，從而減少了零件數(shù)目及接頭數(shù)，外觀更簡(jiǎn)潔，節(jié)省原材料和工時(shí)。

3.復(fù)合材料的特性

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復(fù)合材料復(fù)合材料綜述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料其他復(fù)合材料復(fù)合材料的成型加工

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

各種高性能的增強(qiáng)材料，它們依然各有所長(zhǎng)，各有所短。

目前將各種纖維以一定形式混合而構(gòu)成更加復(fù)合的材料，這種混雜復(fù)合，意味著使復(fù)合材料走向更能發(fā)揮其復(fù)合功能的最高階段，例如美國(guó)和日本已用玻璃纖維和碳纖維的混雜纖維增強(qiáng)熱固性塑料制成復(fù)合材料，用其整體成型賽車。玻璃纖維增強(qiáng)材料碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（玻璃鋼）1）熱塑性玻璃鋼基體為熱塑性樹脂：尼龍、聚碳酸脂、聚苯乙烯類等，其中尼龍的增強(qiáng)效果最為顯著。增強(qiáng)體為玻璃纖維：二氧化硅和其他氧化物的熔體。

特點(diǎn)：熱塑性玻璃鋼相比基體材料，強(qiáng)度和抗疲勞性能提高2~3倍，沖擊韌性提高2~4倍，蠕變抗力提高2~5倍，達(dá)到或超過(guò)某些金屬的強(qiáng)度。玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（玻璃鋼）

（1）玻璃纖維增強(qiáng)尼龍：剛度、強(qiáng)度和減摩性好，可代替有色金屬制造軸承、齒輪等精密機(jī)械零件，還常用于一些大型制品如洗衣機(jī)的皮帶輪、電器罩及耐熱容器等，還可制造如汽車上的儀表板、前后燈；

（2）玻璃纖維增強(qiáng)聚苯乙烯類樹脂：廣泛用于汽車內(nèi)裝制品、收音機(jī)殼體、照相機(jī)殼、空氣調(diào)節(jié)器葉片等部件；（3）玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯：強(qiáng)度高、耐熱性和抗蠕變性好、耐水，可以作干燥器殼體、電風(fēng)扇、空調(diào)設(shè)備、洗衣機(jī)、音響等制品；（4）玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸脂：尺寸穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)小并耐沖擊，主要用于電器開關(guān)、冷卻器等。2）熱固性玻璃鋼

基體為熱固性樹脂：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂和有機(jī)硅樹脂。醛樹脂出現(xiàn)最早，環(huán)氧樹脂性能最好、應(yīng)用最普遍。

增強(qiáng)體為玻璃纖維：二氧化硅和其他氧化物的熔體。特點(diǎn)：1）較高的比強(qiáng)度；2）良好的電絕緣性和絕熱性；3）耐腐蝕；4）根據(jù)需要可制成半透明和特別的保護(hù)色；5）方便制造任意曲面形狀、不同厚度的制品；6）具有防磁、透過(guò)微波等特殊性能。缺點(diǎn)：彈性模量和比模量低，只有結(jié)構(gòu)鋼的1/5~1/10；剛性較差；目前一般只適合在300度以下使用；易老化和產(chǎn)生蠕變；各向異性。玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（玻璃鋼）玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（玻璃鋼）玻璃鋼模壓制品玻璃鋼拉擠型材玻璃鋼雕塑應(yīng)用：

1）在宇航和航空方面：我國(guó)生產(chǎn)的殲6、殲8、轟6等飛機(jī)雷達(dá)罩，美BV-360型復(fù)合材料機(jī)身的直升飛機(jī)多數(shù)用玻璃鋼。

2）在造船方面：1942年美國(guó)用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹脂制成世界上第一艘快艇；1946年生產(chǎn)出第一艘玻璃鋼帆船，目前美國(guó)海軍部規(guī)定長(zhǎng)16m以下的船艦全部采用纖維復(fù)合材料，主要是玻璃鋼制造。玻璃鋼還可制造如甲板、風(fēng)斗、風(fēng)箱、油箱等部件。

3）在車輛制造方面：玻璃鋼可代部分鋼材制造汽車、機(jī)車、客車、拖拉機(jī)車身，以及配件。還有可制造車輛座椅、臥鋪床板、水池等。

4）在電機(jī)電器方面：可制造重型發(fā)電機(jī)的護(hù)環(huán)、要求剛性好、耐熱性好的電熱器、電風(fēng)扇、空調(diào)設(shè)備、洗衣機(jī)、音響等設(shè)備。

5）在其他方面：可制造家具、門窗、衛(wèi)生間設(shè)備、雕塑品、工藝品、醫(yī)學(xué)上的假肢、手術(shù)床、擔(dān)架等。玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（玻璃鋼）

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

各種高性能的增強(qiáng)材料，它們依然各有所長(zhǎng)，各有所短。

目前將各種纖維以一定形式混合而構(gòu)成更加復(fù)合的材料，這種混雜復(fù)合，意味著使復(fù)合材料走向更能發(fā)揮其復(fù)合功能的最高階段，例如美國(guó)和日本已用玻璃纖維和碳纖維的混雜纖維增強(qiáng)熱固性塑料制成復(fù)合材料，用其整體成型賽車。玻璃纖維增強(qiáng)材料碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

碳纖維復(fù)合材料是60年代發(fā)展起來(lái)的，它強(qiáng)度比鋼大，比重比鋁小，與玻璃纖維相比，具有高強(qiáng)度、高模量的特點(diǎn)，是比較理想的增強(qiáng)材料。

1）碳纖維樹脂復(fù)合材料

作基體的樹脂應(yīng)用最多的是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和聚四氟乙烯。

優(yōu)點(diǎn)：比重比鋁輕、強(qiáng)度比鋼好、彈性模量比鋁合金和鋼大，疲勞強(qiáng)度高，沖擊韌性好，耐水，化學(xué)穩(wěn)定性高，摩擦系數(shù)小，導(dǎo)熱性好，受X線輻射時(shí)強(qiáng)度和模量不變化等，其性能比玻璃鋼普遍優(yōu)越。

缺點(diǎn)：碳纖維與樹脂粘結(jié)力不夠大，耐高溫性能差等。

應(yīng)用：可以用作宇宙飛行器的外層材料，人造衛(wèi)星和火箭的機(jī)架、殼體、天線構(gòu)架，作各種機(jī)器中的齒輪、軸承等受載磨損零件，活塞、密封圈等受磨擦件，也用作化工零件和容器等。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料2）碳纖維金屬?gòu)?fù)合材料碳不易被金屬潤(rùn)濕，在高溫下容易生成金屬碳化物，所以制作比較困難?，F(xiàn)在主要用于熔點(diǎn)較低的金屬或合金。

1）碳纖維鋁基復(fù)合材料：在碳纖維表面鍍金屬，制成碳纖維鋁基復(fù)合材料。這種材料直到接近于金屬熔點(diǎn)時(shí)，仍有很好的強(qiáng)度和彈性模量。

2）碳纖維鋁錫合金復(fù)合材料：用碳纖維和鋁錫合金制成復(fù)合材料，是一種減摩性能比鋁錫合金更優(yōu)越，強(qiáng)度很高的高級(jí)軸承材料。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3）碳纖維陶瓷復(fù)合材料我國(guó)研制了一種碳纖維石英玻璃復(fù)合材料。同石英玻璃比，它的抗彎強(qiáng)度提高了約12倍，沖擊韌性提高了約40倍，熱穩(wěn)定性也非常好，它克服了玻璃最大的脆性缺點(diǎn)，從而變成了比某些金屬還堅(jiān)固的不碎玻璃，是很有前途的新型陶瓷材料。如果在普通玻璃中混以60％的碳纖維細(xì)粉，強(qiáng)度也要提高許多倍。

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

各種高性能的增強(qiáng)材料，它們依然各有所長(zhǎng)，各有所短。

目前將各種纖維以一定形式混合而構(gòu)成更加復(fù)合的材料，這種混雜復(fù)合，意味著使復(fù)合材料走向更能發(fā)揮其復(fù)合功能的最高階段，例如美國(guó)和日本已用玻璃纖維和碳纖維的混雜纖維增強(qiáng)熱固性塑料制成復(fù)合材料，用其整體成型賽車。玻璃纖維增強(qiáng)材料碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料其它纖維增強(qiáng)復(fù)合材料1）硼纖維復(fù)合材料硼纖維：是由硼氣相沉積在鎢絲上制取。硼纖維的抗拉強(qiáng)度與玻璃纖維差不多，但彈性模量為玻璃纖維的5倍?；w主要為環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂。特點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度為碳纖維樹脂復(fù)合材料的2~2.5倍、抗剪強(qiáng)度很高，蠕變小，硬度和彈性模量高，有很高的抗疲勞強(qiáng)度，耐輻射，對(duì)水、有機(jī)溶劑和燃料、潤(rùn)滑劑都很穩(wěn)定。由于硼纖維是半導(dǎo)體，所以復(fù)合材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好。應(yīng)用：硼纖維樹脂材料主要應(yīng)用于航空和宇航工業(yè)，制造翼面、儀表、轉(zhuǎn)子、壓氣機(jī)葉片等。

2）晶須增強(qiáng)復(fù)合材料晶須是一種單纖維，它是金屬或陶瓷自由長(zhǎng)大的針狀單晶體，直徑在30微米以下，長(zhǎng)度約幾毫米。近年來(lái)用晶須代替纖維組成的復(fù)合材料發(fā)展很快。由于它不存在晶體缺陷，它的強(qiáng)度極高，可接近于原子結(jié)合力的理論強(qiáng)度。目前已有小批量生產(chǎn)的氧化鋁、氮化鋁和氮化硅幾種晶須。由于成本高，多用于尖端工程。3）芳綸14復(fù)合材料

芳綸14與無(wú)機(jī)纖維相比，富有韌性，具有較好的抗沖擊性能。它與環(huán)氧樹脂等組成的復(fù)合材料已在飛機(jī)、宇航方面得到應(yīng)用。其它纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

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復(fù)合材料復(fù)合材料綜述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料其他復(fù)合材料復(fù)合材料的成型加工層合復(fù)合材料顆粒復(fù)合材料層合復(fù)合材料

層合復(fù)合材料是由兩層和兩層以上不同材料結(jié)合而成。其目的為了將組分層的最佳性能組合起來(lái)得到更加有用的造型材料。層合復(fù)合材料可使強(qiáng)度、剛度、耐磨、耐腐蝕、絕熱、隔音、減輕自重等若干性能分別得到改善。

1）層壓金屬?gòu)?fù)合材料2）塑料－金屬多層復(fù)合材料3）夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料層合復(fù)合材料1）層壓金屬?gòu)?fù)合材料

金屬層壓板可以用不同方法制造，其中最普通的方法是膠合或者熔合、熱壓、焊接、噴涂等。

如不銹鋼－普通鋼復(fù)合材料，合金鋼－普通鋼復(fù)合材料，化工設(shè)備上采用的包鈦鋼制造容器，即發(fā)揮鈦的抗腐蝕、抗磨蝕性，又節(jié)約鈦的用量，降低制造成本。美國(guó)所用的硬幣是由銅夾層和外包較薄的銅鎳合金的金屬層壓板制得，銅鎳包層具有外觀色澤柔和，抗磨損和抗腐蝕，內(nèi)層銅可保證錢幣密度。層合復(fù)合材料2）塑料－金屬多層復(fù)合材料如以鋼板為基體、燒結(jié)銅球?yàn)橹虚g層、用聚四氯乙烯或聚甲醛塑料為表層的一種自潤(rùn)滑材料就是一種三層復(fù)合材料。這類復(fù)合材料的物理、機(jī)械性能取決于基體，摩擦、磨損性能取決于塑料，鋼與塑料之間通過(guò)多孔性青銅為媒介，所獲得的粘接力大于噴涂層和粘貼層，一旦塑料磨損，露出青銅，也不致嚴(yán)重磨傷配件表面。

這種材料大量用于裝飾材料或作產(chǎn)品的殼體。在冷凍機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、儀表等產(chǎn)品上得到廣泛應(yīng)用。另外鋁塑板、鋼塑板復(fù)合材料也有應(yīng)用。3）夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

它是由兩層薄而強(qiáng)的面板（蒙皮）中間夾著一層芯子組成。一般面板是由抗拉、抗壓強(qiáng)度高、彈性模量大的材料組成，如金屬、玻璃鋼、增強(qiáng)塑料等；芯子的結(jié)構(gòu)有兩大類，一是實(shí)心，一是蜂窩格子，芯子材料根據(jù)性能要求，常用的有泡沫塑料、木屑、石棉，蜂窩格子常用金屬箔、玻璃鋼制成。特點(diǎn)：

1）比重?。?）具有較高的剛度和抗壓穩(wěn)定性；3）根據(jù)需要選擇面板和芯子的材料，因此可以得到需要的性能。用途：

已用于飛機(jī)上的天線罩隔板、機(jī)翼以及火車車箱、運(yùn)輸容器等方面。層合復(fù)合材料

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復(fù)合材料復(fù)合材料綜述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料其他復(fù)合材料復(fù)合材料的成型加工層合復(fù)合材料顆粒復(fù)合材料

顆粒復(fù)合材料結(jié)構(gòu)：顆粒復(fù)合材料是由一種或多種材料的顆粒均勻分散到基體材料內(nèi)所組成的材料。其增強(qiáng)原理是利用大小適宜的增強(qiáng)粒子彌散分布在基體內(nèi)，以阻止基體塑性變形的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)（金屬）或分子鏈的運(yùn)動(dòng)（高分子材料）。增強(qiáng)粒子的直徑大小直接影響增強(qiáng)效果，直徑太小則形成固溶體，太大又容易引起應(yīng)力集中使增強(qiáng)效果下降。特點(diǎn)及應(yīng)用：金屬陶瓷是一種常見的顆粒復(fù)合材料。一般情況下，金屬及其合金的熱穩(wěn)定性好、延伸性好，但在高溫下易氧化和蠕變；而陶瓷則脆性大，熱穩(wěn)定性差，但是耐高溫，耐腐蝕。為取長(zhǎng)補(bǔ)短，將陶瓷微粒分散到金屬中形成復(fù)合材料，這種復(fù)合材料具有高硬度、高強(qiáng)度、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、膨脹系數(shù)小的特點(diǎn)，是一種優(yōu)良的工具材料。除金屬陶瓷外，還有石墨－鋁合金顆粒復(fù)合材料（新型的軸承材料），碳黑－橡膠顆粒復(fù)合材料。

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復(fù)合材料復(fù)合材料綜述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料其他復(fù)合材料復(fù)合材料的成型加工

復(fù)合材料的成型加工樹脂－纖維復(fù)合材料的成型加工金屬－纖維復(fù)合材料的成型加工復(fù)合材料的仿生法樹脂－纖維復(fù)合材料的成型加工

纖維增強(qiáng)塑料制品，一般都可以用普通的塑料成型加工方法制作。而長(zhǎng)纖維或纖維制品與樹脂復(fù)合而成的玻璃鋼，則采用以下成型方法。

通常纖維增強(qiáng)復(fù)合材料均系一次成型，無(wú)需進(jìn)行機(jī)械加工。但實(shí)際應(yīng)用中，由于裝配原因，復(fù)合材料可以車、銑、磨、鉆、鏜、鋸、銼等機(jī)械加工，只是加工時(shí)要求刀刃鋒利、切削速度塊、進(jìn)刀慢。1）手糊法：先在模具上刷一層固化劑樹脂，然后貼一層纖維織物，刷平整后再刷一層樹脂，再貼一層纖維織物，直至需要的厚度。手糊法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中只廣泛應(yīng)用于小批量整體造型件或大型制件，如汽車殼體、飛機(jī)雷達(dá)罩、船艇、大型雕塑等。

2）模壓法：借助壓力機(jī)采用很高壓力將涂覆好的纖維制品壓制成所需的形狀。特點(diǎn)是制品質(zhì)量可靠，均勻，適于大量生產(chǎn)，特別適合大量生產(chǎn)的中小型的復(fù)雜玻璃鋼制品。3）纏繞法：將纖維浸以樹脂并按照一定的規(guī)律連續(xù)纏繞于芯模上，經(jīng)固化而制成零件的一種方法。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)中常用來(lái)加工球形、圓筒形等回轉(zhuǎn)殼體等零件。4）噴射法：利用壓縮空氣將樹脂、硬化劑和切短的纖維同時(shí)噴射到模具表面，經(jīng)過(guò)輥壓，排除氣泡，再在其表面噴涂一層樹脂經(jīng)固化而成玻璃鋼制品。

其特點(diǎn)效率高，無(wú)接縫，適應(yīng)性強(qiáng)，適合于異形制品的成型。樹脂－纖維復(fù)合材料的成型加工

復(fù)合材料的成型加工樹脂－纖維復(fù)合材料的成型加工金屬－纖維復(fù)合材料的成型加工復(fù)合材料的仿生法金屬－纖維復(fù)合材料的成型加工

用無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)金屬的復(fù)合材料成型方法有：

1）液態(tài)金屬浸鑄法：其特點(diǎn)是能連續(xù)制取圓棒、管子和其他截面形狀的棒料、型材，加工成本低。

常用于生產(chǎn)鎂等低熔點(diǎn)基體金屬的復(fù)合材料。

2）擴(kuò)散焊接法：是一種在高溫下以一定的壓力，讓纖維與基體金屬擴(kuò)散結(jié)合的方法。它可以做到即不損害纖維的機(jī)械性能，又有良好的界面結(jié)合，常用于生產(chǎn)各種板材。3）噴涂法

等離子噴涂是近幾年發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，它是利用等離子電弧的高溫，將金屬熔化并噴涂到所涂的物體表面。噴涂時(shí)為防止金屬氧化，一般是在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。所有金屬一般是以粉末狀進(jìn)入等離子射流噴槍中的。等離子噴涂用于纖維增強(qiáng)金屬材料的成型時(shí)，可以一邊把纖維纏繞在芯模上，一邊向纖維噴涂基體金屬，由于金屬離開噴嘴后是急速冷卻，因此幾乎不與纖維發(fā)生發(fā)應(yīng)，這樣即不損傷纖維，又能使熔融金屬粒子與纖維結(jié)合緊密。其成型的缺點(diǎn)是噴涂體比較疏松，有必要用熱壓法作最后加工。等離子噴涂不僅用于纖維復(fù)合材料的成型，也可以噴涂高熔點(diǎn)的合金或陶瓷于金屬表面，因此也是一種層合復(fù)合材料的一種成型方法。

金屬－纖維復(fù)合材料的成型加工

復(fù)合材料的成型加工樹脂－纖維復(fù)合材料的成型加工金屬－纖維復(fù)合材料的成型加工復(fù)合材料的仿生法

復(fù)合材料的仿生法仿生學(xué)的概念在復(fù)合材料的成型上獲得應(yīng)用。例如飛機(jī)的槳葉和直升飛機(jī)的旋翼就借助動(dòng)物骨骼類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，使之即輕又強(qiáng)，且合乎自然美學(xué)觀點(diǎn)。它的外層是硬質(zhì)復(fù)合材料，內(nèi)芯則是硬泡沫塑料，與骨結(jié)構(gòu)類似。竹、木都是天然的優(yōu)質(zhì)材料，它們的結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的自然演變，而變得非常合理。比如竹是用許多空心纖維管來(lái)增強(qiáng)木質(zhì)的，外層纖維管細(xì)而致密，內(nèi)層粗而疏松，中心為空；木材的年輪是一些韌性層，它把纖維增強(qiáng)體分制成許多小塊，從而有助于承受彎曲變形。人體脊椎的椎間盤，其內(nèi)部纖維質(zhì)的排列有助于承受壓、拉、剪切等載荷。仿生學(xué)為復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供許多啟發(fā)性的思路。另外隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，目前已有人著手編寫計(jì)算機(jī)程序來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)合材料，這樣可根據(jù)工業(yè)設(shè)計(jì)要求，從選材、增強(qiáng)性、工藝、結(jié)構(gòu)、性能、質(zhì)感及經(jīng)濟(jì)型等方面都依靠計(jì)算機(jī)給出最優(yōu)化選擇結(jié)果。這也是復(fù)合材料的發(fā)展方向。

纖維復(fù)合材料層合復(fù)合材料陽(yáng)光房材料玻璃鋼的應(yīng)用玻璃鋼欄桿應(yīng)用：作為結(jié)構(gòu)材料，用作有腐蝕環(huán)境的地板、地溝蓋板、平臺(tái)、艦艇甲板、樓梯、棧道等玻璃鋼噴泉水池空中連廊走道特點(diǎn)：耐腐蝕耐老化，輕質(zhì)高強(qiáng)抗沖擊、抗靜電、無(wú)磁性，阻燃、絕緣、防滑更安全，色彩鮮艷，美化環(huán)境，安裝便捷，無(wú)需維護(hù)蜂窩鋁合金板是一種外墻高級(jí)建筑裝飾材料,這種板的表層為鋁合金薄板,而中心層是用鋁箔制成的蜂窩結(jié)構(gòu),具有極佳的剛性,是目前金屬幕墻材料中最優(yōu)良的產(chǎn)品.該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑裝修及火車,汽車,船舶等制造業(yè).鋁蜂窩板的應(yīng)用船舶列車電子屏蔽建筑裝飾

9.1復(fù)合材料9.2新型材料

Ch9復(fù)合材料與新型材料

9.2新型材料材料工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。新材料是材料工業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)，會(huì)給工業(yè)帶來(lái)革命性的變革，是重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。今天科技革命迅猛發(fā)展，新材料產(chǎn)業(yè)升級(jí)、材料更新?lián)Q代步伐加快。

最具潛力二十大新型材料：特種纖維

具有特殊的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)、性能和用途，或具有特殊功能的化學(xué)纖維。這些纖維大都應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)和尖端科學(xué)各方面。特種纖維分別具有不同的特殊性能，如耐強(qiáng)腐蝕、低磨損、耐高溫、耐輻射、抗燃、耐高電壓、高強(qiáng)度高模量、高彈性、反滲透、高效過(guò)濾、吸附、離子交換、導(dǎo)光、導(dǎo)電以及多種醫(yī)學(xué)功能。

9.2新型材料柔性電極材料

柔性電極是將電子器件制作在柔性或可延性塑料或薄金屬基板上的電子技術(shù)。柔性電極可作為可穿戴電子器件。如果成功，以后我們帶有「智能」的衣服或者體內(nèi)的供電設(shè)備就不會(huì)再被僵硬的電路掣肘了。

9.2新型材料全息膜

9.2新型材料透明全息投影膜擁有獨(dú)一無(wú)二的透明特性，在保持清晰顯像的同時(shí)，能讓觀眾透過(guò)投影膜看見背后景物。畫質(zhì)100%清晰亮麗，非凡超薄境界，絕無(wú)空間設(shè)限。微格金屬

(microlattice)：是由連通中空管構(gòu)成的3D多孔聚合物材料，中空管壁厚度不足人體頭發(fā)直徑的千分之一。它其中的金屬微點(diǎn)陣是由相互連接的空心支柱組成；每支柱的直徑~100um，壁厚100um，全部結(jié)構(gòu)的99.99%為空氣；表觀密度為0.9g/cm3，是一種合成的多孔極輕3D開放式蜂窩聚合物結(jié)構(gòu)金屬材料。這種創(chuàng)新材料比泡沫塑料輕100倍，它能夠放置在一朵蒲公英上。未來(lái)可用于航空設(shè)計(jì)，對(duì)于未來(lái)旅行至火星和其它星球至關(guān)重要。

9.2新型材料量子金屬：由俄羅斯遠(yuǎn)東聯(lián)邦大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院遠(yuǎn)東分院的科學(xué)家與日本東京大學(xué)的同行組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)近日合成了世界上首例量子金屬。這種新材料具有以多晶硅為襯底的雙層鉈原子結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度低于零下272攝氏度時(shí)，變?yōu)槌瑢?dǎo)材料。實(shí)驗(yàn)表明，二維系統(tǒng)在轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體或超導(dǎo)體的同時(shí)，仍可保持正常的金屬態(tài)。這種不尋常的狀態(tài)被稱為量子金屬或玻色金屬。

9.2新型材料超固體(Supersolid)：是一種具備超流特性的固體，也就是集“超流體+固體”特性于一身的物質(zhì)。超固體同時(shí)具有固體和流體的特性。

9.2新型材料超固體(Supersolid)：超固體是1969年由俄羅斯物理學(xué)家首先預(yù)測(cè)的。2004年美國(guó)賓州州立大學(xué)提出超固體現(xiàn)象，2016.11由美國(guó)麻省理工學(xué)院和瑞士蘇黎世理工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)小組完成了實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)超固體這一壯舉。

這種明顯矛盾的物質(zhì)狀態(tài)可以幫助更好地理解超流和超導(dǎo)的性質(zhì)，從而極大促進(jìn)超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)傳感器以及能量傳輸?shù)刃袠I(yè)的發(fā)展。

10.2新型材料超高溫陶瓷(Ultrahigh-TemperatureCeramics,

UHTCs)：最早由美國(guó)空軍開發(fā)，主要指高溫環(huán)境(2000℃以上)和反應(yīng)氣氛中(如原子氧環(huán)境)能夠保持化學(xué)穩(wěn)定的一種特殊材料。通常包括硼化物、碳化物、氧化物在內(nèi)的一些高熔點(diǎn)過(guò)渡金屬化合物，由上述化合物組成的多元復(fù)合陶瓷材料統(tǒng)稱為超高溫陶瓷材料。

9.2新型材料錫烯：由單層錫原子構(gòu)成的厚度小于0.4納米的二維晶體--錫烯，可在常溫下達(dá)到100%導(dǎo)電率的超級(jí)材料，其導(dǎo)電性只存在于材料的邊緣或表面，而不是內(nèi)部。當(dāng)拓?fù)浣^緣體只有一層原子厚的時(shí)候，它的邊緣導(dǎo)電性就會(huì)達(dá)到完美的100%。近年來(lái)熱議的石墨烯，可實(shí)現(xiàn)室溫下無(wú)能量損耗的電子輸運(yùn)。

9.2新型材料新型透明導(dǎo)電材料：

美國(guó)賓州州立大學(xué)研究人員選擇了一種電子間相互作用大于其動(dòng)能的材料，由于電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)作用，電子能“感覺”到彼此，從而使其性質(zhì)類似于“液體”，而不是沒有相互作用的“氣體”。這種電子“液體”仍然非常導(dǎo)電，但是可見光波段的反射卻大大降低，從而提高了透明度。

9.2新型材料第三代半導(dǎo)體：

碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、氮化鋁等寬緊帶半導(dǎo)體材料。具有寬的禁帶寬度，高的擊穿電場(chǎng)，高的熱導(dǎo)率，高的發(fā)光效率，高的電子飽和速率及高的抗輻射能力。更適用于制作高溫高頻、抗輻射及大功率器件。

9.2新型材料4D打印材料：4D打印是一種能夠自動(dòng)變形的材料，直接將設(shè)計(jì)內(nèi)置到物料當(dāng)中，不需要連接任何復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，就能按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)折疊成相應(yīng)的形狀。所謂的4D打印，比3D打印多了一個(gè)“D”也就是時(shí)間維度，人們可以通過(guò)軟件設(shè)定模型和時(shí)間，變形材料會(huì)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)變形為所需的形狀。4D打印最關(guān)鍵是記憶合金。4D打印由MIT與Stratasys教育研發(fā)部門合作研發(fā)的，是一種無(wú)需打印機(jī)器就能讓材料快速成型的革命性新技術(shù)。大小形狀可以隨時(shí)間變化。

9.2新型材料金屬氫：金屬氫是液態(tài)或固態(tài)氫在上百萬(wàn)大氣壓的高壓下變成的導(dǎo)電體。導(dǎo)電性類似于金屬，故稱金屬氫。金屬氫是一種高密度、高儲(chǔ)能材料，是一種室溫超導(dǎo)體。

金屬氫內(nèi)儲(chǔ)藏著巨大的能量，比普通TNT炸藥大30-40倍。2017年1月26日,“科學(xué)”雜志報(bào)道哈佛大學(xué)實(shí)驗(yàn)室成功制造出金屬氫

。2017年2月22日，由于操作失誤，這塊地球上唯一的金屬氫樣本消失了。

9.2新型材料高熵合金：高熵合金概念由臺(tái)灣科學(xué)家1995年提出的。傳統(tǒng)金屬是以一種元素為主，高熵合金含有多種主要元素，每種元素介于5%-35%之間，是多元素共同作用的結(jié)果。與傳統(tǒng)合金相比，高熵合金表現(xiàn)出更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐腐蝕、耐輻照等等。高熵合金采用一種顛覆數(shù)千年以來(lái)的合金制備方法。

9.2新型材料硼墨烯：硼墨烯是一種不同尋常的材料，