《復(fù)合材料》課件.ppt

1、第六章 6.6復(fù)合材料,復(fù)合材料是由兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)或組織結(jié)構(gòu)不同的材料組合而成的材料。,復(fù)合材料船體,復(fù)合材料是多相材料，主要包括基體相和增強(qiáng)相。 基體相是一種連續(xù)相，它把改善性能的增強(qiáng)相材料固,結(jié)成一體，并起傳遞應(yīng)力的作用。 增強(qiáng)相起承受應(yīng)力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材料）和顯示功能(功能復(fù)合材料)的作用。,纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料,第一節(jié) 概述,一、復(fù)合材料的分類 1、按基體材料分類，可分為聚合物基、陶瓷基和金屬基復(fù)合材料。 2、按增強(qiáng)相形狀分類，可分為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、粒子增強(qiáng)復(fù)合材料和層狀復(fù)合材料。 3、按復(fù)合材料的性能分類，可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。,二、復(fù)合材料的特點(diǎn) 1、比強(qiáng)度和比

2、模量高 其中纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的最高。 2、抗疲勞性能好 碳纖維增強(qiáng)材料-1可達(dá)b的7080%。因纖維對疲勞裂紋擴(kuò)展有阻礙作用。 3、減振性能良好 復(fù)合材料中的大量界面對振動(dòng)有反射吸收作用，不易產(chǎn)生共振。 4、高溫性能好。,第二節(jié) 粒子與層狀增強(qiáng)復(fù)合材料,一、粒子增強(qiáng)復(fù)合材料 粒子增強(qiáng)復(fù)合材料是將粒子高度彌散地分布在基體中，使其阻礙導(dǎo)致塑性變形的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)(金屬基體)和分子鏈運(yùn)動(dòng)(聚合物基體)。 這種復(fù)合材料是各向同性的。,衛(wèi)星用顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料零件,聚合物基粒子復(fù)合材料如酚醛樹脂中摻入木粉的電木、碳酸鈣粒子改性熱塑性塑料的鈣塑材料(合成木材)等。 陶瓷基粒子復(fù)合材料如氧化鋯增韌陶瓷等。,金屬

3、基粒子復(fù)合材料又稱金屬陶瓷，是由鈦、鎳、鈷、鉻等金屬與碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等組成的非均質(zhì)材料。 碳化物金屬陶瓷作為工具材料已被廣泛應(yīng)用，稱作硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金通常以Co、Ni作為粘結(jié)劑，WC、TiC等作為強(qiáng)化相。,硬質(zhì)合金主要有鎢鈷(YG)和鎢鈷鈦(YT)兩類。牌號中，YG后的數(shù)字為含Co量，YT后的數(shù)字為碳化鈦含量。 硬質(zhì)合金硬度極高，且熱硬性、耐磨性好，一般做成刀片，鑲在刀體上使用。,二、層狀復(fù)合材料 層狀復(fù)合材料是指在基體中含有多重層片狀高強(qiáng)高模量增強(qiáng)物的復(fù)合材料。,這種材料是各向異性的(層內(nèi)兩維同性)。如碳化硼片增強(qiáng)鈦、膠合板等。,雙金屬、表面涂層等也是層狀復(fù)合材料。 結(jié)構(gòu)層

4、狀材料根據(jù)材質(zhì)不同，分別用于飛機(jī)制造、運(yùn)輸及包裝等。,第三節(jié) 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是指以各種金屬和非金屬作為基體，以各種纖維作為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料。 一、纖維增強(qiáng)復(fù)合原則,在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，纖維是材料主要承載組分，其增強(qiáng)效果主要取決于纖維的特征、纖維與基體間的結(jié)合強(qiáng)度、纖維的體積分?jǐn)?shù)、尺寸和分布。,碳纖維,1、彈性模量及強(qiáng)度 外力方向與纖維軸向相同時(shí)，c= f = m (f-纖維、 m-基體、 c-復(fù)合材料)，則,當(dāng)外力垂直于纖維軸向時(shí)，則,2、纖維的臨界長徑比,3、纖維最小體積分?jǐn)?shù),纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛性與纖維方向密切相關(guān)。 纖維無規(guī)排列時(shí)，能獲得基本各向同性的復(fù)合材

5、料。均一方向的纖維使材料具有明顯的各向異性。纖維采用正交編織，相互垂直的方向均具有好的性能。纖維采用三維編織，可獲得各方向力學(xué)性能均優(yōu)的材料。,纖維在基體中的不同分布方式,二、纖維的種類和性能 1、玻璃纖維：用量最大、價(jià)格最便宜。 2、碳纖維：化學(xué)性能與碳相似。 3、硼纖維：耐高溫、強(qiáng)度、彈性模高。 4、金屬纖維：成絲容易、彈性模量高。 5、陶瓷纖維：用于高溫、高強(qiáng)復(fù)合材料。,6、芳香族聚酰胺纖維: 強(qiáng)度、彈性模量高，耐熱。 7、聚乙烯纖維: 韌性極好，密度非常小 。 8、晶須：是直徑小于30m，長度只有幾毫米的針狀單晶體，斷面呈多角形, 是一種高強(qiáng)度材料。 分為金屬晶須和陶瓷晶須。金屬晶須中

6、, Fe晶須已投入生產(chǎn)。工業(yè)生產(chǎn)的陶瓷晶須主要是SiC晶須。,SiC晶須,三、聚合物基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 通常用碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維增強(qiáng)高分子材料。 這類復(fù)合材料的性能較環(huán)氧樹脂等基體有大幅度的提高，比強(qiáng)度也高得多。,聚合物基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料零件,復(fù)合材料在航空中的應(yīng)用,四、纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料 金屬的熔點(diǎn)高，故高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)后的金屬基復(fù)合材料（MMC）可以使用在較高溫的工作環(huán)境之下。 常用的基體金屬材料有鋁合金、鈦合金和鎂合金。,作為增強(qiáng)體的連續(xù)纖維主要有硼纖維、SiC和C纖維；Al2O3纖維通常以短纖維的形式用于MMC中。,MMC的SEM照片,MMC雖強(qiáng)度和彈性模量（剛度）增加，但塑性和韌性因使用陶瓷纖維而有所降低。這在一定程度上限制了MMC的應(yīng)用范圍。,航天飛機(jī)內(nèi)MMC (Al / B纖維)桁架,五、纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料 陶瓷材料耐熱、耐磨、耐蝕、抗氧化，但韌性低、難加工。在陶瓷材料中加入纖維增強(qiáng)，能大幅度提高強(qiáng)度，改善韌性，并提高使用溫度。 陶瓷中增韌纖維受外力作用，因拔出