《復(fù)合材料概論》PPT課件.ppt

1、復(fù) 合 材 料 概 論,目 錄,1、概述 6、金屬基復(fù)合材料 2、基體材料 7、陶瓷基復(fù)合材料 3、增強(qiáng)材料 8、水泥基復(fù)合材料 4、復(fù)合界面 9、C/C復(fù)合材料 5、聚合物基復(fù)合材料 10、混雜纖維復(fù)合材料,1、概 述,一、定義 由兩種或兩種以上，物理化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的多相固體材料。 復(fù)合材料的組成相： 增強(qiáng)相 - 纖維、晶須、顆粒。（不連續(xù)相） 基體相 - 金屬、陶瓷、聚合物。（連續(xù)相）,增強(qiáng)相：一般具有很高的力學(xué)性能（強(qiáng)度、彈性模量），及特殊的功能性。其主要作用是承受載荷或顯示功能。 基體相：保持材料的基本特性，如硬度、耐磨、耐熱性等。主要作用是將增強(qiáng)相固結(jié)成一個(gè)整體，起傳遞和

2、均衡應(yīng)力的作用。,例如：,天然木材 - 纖維素纖維 + 木質(zhì)素 鋼筋混凝土- 砂、石、鋼筋 + 水泥 玻璃鋼 - 玻璃纖維 + 熱固性樹(shù)脂 C/C復(fù)合材料 - 石墨碳纖維 + 熱解碳或樹(shù)脂碳 （耐燒蝕）,1、按基體材料分 樹(shù)脂基：聚酯、環(huán)氧、聚碳酸酯、聚酰亞胺等 60年代 金屬基：Al、Ti、Ni、Mg、Zn、Co及其合金 70年代 陶瓷基：Al2O3、ZrO2及非氧化物 80年代 2、按增強(qiáng)相形狀分 顆粒 均布、各向同性 纖維（長(zhǎng)、短纖維和晶須） 各向異性或同性 層片 各向異性,二、復(fù)合材料的分類(lèi),3.按應(yīng)用目的分 樹(shù)脂基 250 金屬基 600 陶瓷基 1500 碳/碳 3000 水泥基

3、換能 熱電、光電、聲電等 阻尼吸聲 導(dǎo)電導(dǎo)磁 屏蔽 摩擦磨耗 燒蝕,功能復(fù)合材料 （注重物理性能）,結(jié)構(gòu)復(fù)合材料 （注重力學(xué)性能）,性能：取決于基體相、增強(qiáng)相種類(lèi)及數(shù)量，其次是它們的結(jié)合界面、成型工藝等。 1、主要取決于增強(qiáng)相的性能 .比強(qiáng)度比剛度高 .沖擊韌性和斷裂韌性高 .耐疲勞性好 .減震性 .熱膨脹系數(shù)小,三. 復(fù)合材料的性能比較,裂紋擴(kuò)展示意圖,各種材料的比強(qiáng)度和比模量,、硬度 陶瓷基 金屬基 樹(shù)脂基 、耐熱性 樹(shù)脂基: 60 250 金屬基: 400 600 陶瓷基: 1000 1500 、耐自然老化 陶瓷基 金屬基 樹(shù)脂基,2、取決于基體相的性能,、導(dǎo)熱導(dǎo)電性 金屬基 陶瓷基 樹(shù)

4、脂基 、耐蝕性 陶瓷基和樹(shù)脂基 金屬基 、工藝性及生產(chǎn)成本 陶瓷基 金屬基 樹(shù)脂基,1、設(shè)計(jì)的三個(gè)層次： 單層設(shè)計(jì) - 微觀力學(xué)方法 層合體設(shè)計(jì) - 宏觀力學(xué)方法 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 單層材料的性能 取決于增強(qiáng)相、基體相和結(jié)合界面的力學(xué)性能，增強(qiáng)相的含量、分布方向等。 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括正確選擇原料的種類(lèi)和配比。,四、復(fù)合材料設(shè)計(jì)特點(diǎn),層合體設(shè)計(jì),層合體的性能 取決于單層材料的力學(xué)性能和鋪層方法（厚度、纖維交叉方式、順序等）。 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：對(duì)鋪層方案作出合理的安排。 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能 取決于層合體的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)幾何、組合與連接方式。 設(shè)計(jì)內(nèi)容：最終確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、連接方法等。,

5、2、特點(diǎn)： 性能可設(shè)計(jì)性強(qiáng) （可調(diào)因素多） 材料設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián) 性能預(yù)測(cè)性差 如: 加和法 沒(méi)有考慮界面結(jié)合的影響，預(yù)測(cè)性很差。,2. 基體材料,基體的作用: 固結(jié)增強(qiáng)相，均衡載荷和傳遞應(yīng)力,保持基本性質(zhì)。 選材原則： 強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能，只作一般性考慮。 兩者相容性，環(huán)境適應(yīng)性，工藝性，重點(diǎn)考慮。,相容性： 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，潤(rùn)濕性好，膨脹系數(shù)差要小，以確保兩相界面具有足夠的結(jié)合力。 環(huán)境適應(yīng)性： 耐熱、耐蝕、抗老化和適當(dāng)?shù)挠捕取?工藝性： 制備是否方便，成本是否廉等。,一、聚合物基,特點(diǎn)： 一般在室溫或低溫下進(jìn)行復(fù)合成型，工藝性好； 可選擇的增強(qiáng)材料范圍廣泛，成本最低。 研究與應(yīng)用：

6、發(fā)展最早，品種最多，應(yīng)用最廣。 可選材料： 幾乎所有的熱固性、熱塑性聚合物。包括橡膠、粘結(jié)劑。,1、熱固性聚合物 （-OH、-NH2-、-OCNH-、-CH=CH-） .不飽和聚酯樹(shù)脂 由飽和二元酸、不飽和二元酸與二元醇經(jīng)縮聚反應(yīng)合成的線 型預(yù)聚體。 + a.結(jié)構(gòu)特征： 飽和二元酸結(jié)構(gòu) 不飽和二元酸結(jié)構(gòu),b.固化： 固化劑 - 乙烯、苯乙烯、丁二烯等單體。 引發(fā)劑 - 過(guò)氧化物（加熱固化） 促進(jìn)劑 - 苯胺類(lèi)和有機(jī)鈷。室溫固化。,c.特點(diǎn) 粘度低，工藝性好。 綜合性能好，價(jià)廉，用量約占80% 。 苯乙烯等揮發(fā)大有毒，體積收縮大，耐熱性、強(qiáng)度 和模量較低。 一般不與高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合，與玻璃纖維

7、復(fù)合制 作次受力件。,雙酚型 CH2 - CH - CH2Cl + n(HO - - R - - OH),(2)、環(huán)氧樹(shù)脂,環(huán)氧氯丙烷,二酚基化合物,通式：線性預(yù)聚體 CH2 - CH - CH2 O - - R - - O n,其中R:,CH3 - C - CH3 A 丙基,- CH2 - F 亞甲基,O - S - O S 砜,雙酚型環(huán)氧含硬性苯環(huán)，鏈剛性較高，只能用聚合度低的樹(shù)脂。耐熱性好，強(qiáng)度高，韌性差。 固化特點(diǎn)： 環(huán)氧活性基都在鏈兩端，固化交聯(lián)點(diǎn)不高。,b. 非雙酚型,鏈內(nèi)含有環(huán)氧基，交聯(lián)密度高，結(jié)合強(qiáng)度及耐熱性均提高。 三聚氰酸環(huán)氧含三氮雜環(huán)，有自熄性，耐電弧性好。,c. 胺基環(huán)

8、氧 結(jié)構(gòu)中含高極性的酰胺鍵（-NHCO-），粘結(jié)性好，力學(xué)性能較高；但耐水性差，電性能有所下降。 d. 脂環(huán)族環(huán)氧 結(jié)構(gòu)中不含苯環(huán)，含脂環(huán) ，穩(wěn)定性更高，熱學(xué)性能好，耐紫外線，不易老化。粘度低，工藝性好。 e. 脂肪族環(huán)氧 - 高韌性環(huán)氧 無(wú)六環(huán)狀硬性結(jié)構(gòu)，沖擊韌性好，但與纖維結(jié)合力較差。,環(huán)氧樹(shù)脂固化： 環(huán)氧樹(shù)脂分子中都含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，可與多種固化劑交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 常用固化劑： 二元胺類(lèi)、二元酸酐類(lèi)。若選用芳香族胺或咪唑類(lèi)固化劑，強(qiáng)度及耐熱性可進(jìn)一步提高，但沖擊韌性會(huì)有一定的影響。 潛伏劑： 單組份產(chǎn)品可加入潛伏劑，如雙氰胺，室溫下可存放6個(gè)月，145 165下，80min可固化。

9、,環(huán)氧樹(shù)脂特點(diǎn)： 粘附力好，韌性較好，收縮率低。復(fù)合材料 強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定。 電性能好。介電強(qiáng)度高，耐電弧優(yōu)良的絕緣材料。 耐酸堿耐溶劑性強(qiáng)。 熱穩(wěn)定性良好。,(3)酚醛樹(shù)脂 由酚 和醛 縮合而成。 酚/醛 0.9，堿催化可得體型熱固性樹(shù)脂。 固化： 加熱固化 加固化劑，如六次甲基四胺或有機(jī)酸。 堿性固化劑仍需加熱，酸性固化劑可室溫固化。,O H C - H,OH ,1,5,3,特點(diǎn)： 耐熱性高，可達(dá)315。價(jià)格最低。粘附性較 差，收縮率大,氣孔率高，性脆。 改性： 引入柔性鏈。如：聚乙烯醇縮丁醛 降低樹(shù)脂中 -OH 基的含量。如：以苯胺或二甲 苯取代部分苯酚。提高電性能。 硼酸改性酚。吸水性

10、、耐熱性、脆性和電學(xué)性能 均提高。,應(yīng)用：,酚醛樹(shù)脂一般不與碳纖維復(fù)合，與玻璃纖維復(fù)合后，多用于電器絕緣材料。由于酚醛樹(shù)脂碳含量高78，碳化收率達(dá)63，因此可用于制作燒蝕材料，用于導(dǎo)彈、航天器再入大氣層的防護(hù)層。,2.熱塑性聚合物 與熱固性聚合物相比： 力學(xué)性能、耐熱性、抗老化性等都較差。 工藝簡(jiǎn)單、周期短、成本低、密度小、應(yīng)用廣。 CH3 聚丙烯 CH - CH2 n 柔性無(wú)極性鏈。與纖維浸潤(rùn)性、結(jié)合力較差。復(fù)合增強(qiáng)效果有限。原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低，普通民用。 . 聚酰胺（尼龍）CO-(CH2)m-CONH-(CH2)n-NH 鏈中含大量酰胺鍵，鏈間以氫鍵連接。結(jié)合力強(qiáng)，強(qiáng)度高，耐磨性好。使用

11、溫度100，吸水率高。 常用品種：尼龍6、66、1010、610等。,(3)聚碳酸酯 由雙酚A的鈉鹽與碳酸雙酰氯縮聚而成 剛性苯環(huán)，Tm = 225 250, Tg = 145；變形 小，抗蠕變，尺寸穩(wěn)定?？膳c玻璃纖維和碳纖維復(fù)合。,(4)聚砜 以砜和苯環(huán)連結(jié)成硬性鏈，可在100150下長(zhǎng)期使用，Tg 200；S+6處于最高價(jià)，抗氧化，耐輻射；抗蠕變，尺寸穩(wěn)定。成型溫度太高，達(dá)300。 可與碳纖維復(fù)合。用于宇航和汽車(chē)工業(yè)。 此外：耐高溫的聚酰亞胺、雙馬來(lái)酰亞胺等雜環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物，耐溫可達(dá)300400，也常作為復(fù)合材料的基材。,Al、Mg、Ti、Ni、Cu、Fe、Co、Zn、Pb及其合金，金屬間

12、化合物（TiAl、NiAl等） 選材原則： 1使用要求 航天航空：選輕金屬 Al、Mg及其合金 高性能發(fā)動(dòng)機(jī)： Ti、Ni及其合金 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞汽缸套： Al合金 工模具： Fe、Co、Ni、Ag、Cu 集成電路散熱元件： Ag、Cu、Al,二. 金屬基材料,2.環(huán)境溫度 450 Al、Mg 450700 Ti合金 7001000 Ni、Fe、Co耐熱合金或金屬間化合物 3.纖維長(zhǎng)度 與長(zhǎng)纖維復(fù)合： 纖維承載，宜選純金屬。 與短纖維復(fù)合： 基體承載，宜選合金。 4.相容性 Al、Mg Tm低，化學(xué)活性高 Cu、Ag、Ni Tm高，化學(xué)活性低 Ti Tm高，化學(xué)活性高,目的：增韌 基體材料：新

13、型陶瓷 Al2O3、ZrO2、MgO、SiO2、莫來(lái)石 TiC、SiC Si3N4、Sialon TiB2、Be2B、Be4B MoSi2,三. 陶瓷材料,3. 增強(qiáng)材料,玻璃纖維 低檔 2040元/Kg 碳纖維 高檔 6001000元/ Kg 芳綸纖維 中檔 200400元/ Kg SiC纖維 B纖維 Al2O3纖維 金屬絲,金屬和陶瓷基,1.品種 有堿玻璃纖維 A Na-Ca-Si系普通玻璃（Na2O15%） 中堿玻璃纖維 Na2O (10.512.5%) 用量少 無(wú)堿玻璃纖維 E Ca-Al-B-Si系 用量大 高強(qiáng)玻璃纖維 S Mg-Al-Si系 或B2O3系 高彈玻璃纖維 M S系中

14、加入BeO,一. 玻璃纖維GF,2.GF的制備 制玻璃球 鉑金坩堝熔融 小漏孔拉絲 （102、204、408孔） 涂浸潤(rùn)劑 并股成紗 紡織成布、氈或帶。,粗紗 30m 無(wú)捻粗紗、無(wú)紡布 初級(jí)紗 20m 短切纖維、纖維氈 中級(jí)紗 1020m 高級(jí)紗 310m 紡織 浸潤(rùn)劑作用：使纖維柔順，防止磨損。常用的有： 石蠟乳液 復(fù)合前須清除 聚醋酸乙烯酯 不必清除 改性有機(jī)硅類(lèi) 不必清除,3.GF的性能 (1).力學(xué)性能 抗拉強(qiáng)度：比塊玻璃高一個(gè)數(shù)量級(jí)； 直徑d, 強(qiáng)度；長(zhǎng)度，強(qiáng)度。 彈性模量：與鋁相當(dāng)，為鋼的1/3倍。 因密度低2.5，比模量高。 斷裂延伸率：低 3% (2).熱學(xué)性能 導(dǎo)熱系數(shù)：比塊

15、玻璃低12個(gè)數(shù)量級(jí) 耐熱性：普通Na-Ca-Si玻纖 500; 耐熱玻纖(石英，高硅氧) 1200,(3).電性能 堿玻璃電絕緣性差，隨溫度、濕度，絕緣性。 無(wú)堿玻璃電絕緣性好。 (4). 耐蝕性 纖維比表面積大，化學(xué)穩(wěn)定性差。加入網(wǎng)絡(luò)形成體可改善耐蝕性。 無(wú)堿玻璃耐水性好。 中堿玻璃耐酸性好。 無(wú)堿和中堿玻纖耐堿性相近。,二、碳纖維CF,由有機(jī)纖維經(jīng)高溫固相反應(yīng)（脫氫、交聯(lián)、環(huán)化、石墨化）而得，主要成分為碳的無(wú)機(jī)纖維。 具有重量輕、強(qiáng)度高、模量高、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、膨脹系數(shù)小、自潤(rùn)滑、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。 由于價(jià)格高，一般用于要求高強(qiáng)、耐高溫的重要結(jié)構(gòu)件，如航天航空、高檔體育器材中。,1品

16、種 分高強(qiáng)、高模、中模和低性能碳纖維 聚丙烯腈基纖維 高、中性能碳纖維 人造絲基(粘膠)纖維 瀝青基纖維 低性能碳纖維 其它(多環(huán)結(jié)構(gòu)的天然纖維),原料選擇原則：,C鏈結(jié)構(gòu)，雜鏈結(jié)構(gòu)只能成碳黑。 易于交聯(lián)、環(huán)化，碳收率高。 主鏈內(nèi)含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)、硬性、結(jié)晶度高的纖維。,2制備方法,碳化法 生產(chǎn)長(zhǎng)纖維 拉絲： 制有機(jī)長(zhǎng)纖維 牽伸： 規(guī)整環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使其平行于軸向，提高結(jié)晶度。 氧化穩(wěn)定：低溫，400 ，防止熱塑化。 碳化： 10002000，保護(hù)性氣氛下，脫氫、交聯(lián)、環(huán)化， 得亂層環(huán)狀石墨。 石墨化： 20003000，亂層環(huán)結(jié)構(gòu)向三維石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，形成 聚合碳結(jié)晶，并平行于軸向。密度、強(qiáng)度、彈性模

17、量增 高，熱膨脹系數(shù)下降。但溫度過(guò)高強(qiáng)度反而下降。 氣相法 生產(chǎn)短纖維 高溫分解小分子有機(jī)物，氣相沉積纖維結(jié)晶。,3.CF 性能 力學(xué)性能 強(qiáng)度約為GF的2倍 模量約為GF的35倍 密度低1.72，所以比強(qiáng)度、比模量高。 斷裂延伸率0.52% 熱學(xué)性能 升華溫度高達(dá)3800，耐高溫性好。熱膨脹系數(shù)小，縱向?yàn)樨?fù)。,物理性能 導(dǎo)熱、導(dǎo)電、自潤(rùn)滑。 化學(xué)性能 耐酸堿性強(qiáng)，高溫抗氧化性差。C纖維電極電位為正，與金屬?gòu)?fù)合易引起電偶腐蝕。,高強(qiáng)度有機(jī)纖維，由對(duì)苯二酰與對(duì)苯二胺縮聚而成。,結(jié)構(gòu)與尼龍相似，含大量的高極性酰胺鍵， 但含苯環(huán)硬性鏈。,型,型,三. 芳綸纖維KF,1性能 力學(xué)性能 縱向拉伸強(qiáng)度與C

18、F相當(dāng)； 密度低1.44，比強(qiáng)度大。 橫向強(qiáng)度低。 彈性模量CF KF GF 抗沖擊性能很好。 熱學(xué)性能 長(zhǎng)期使用 200 熱膨脹系數(shù)縱向?yàn)樨?fù) 化學(xué)性能 耐中性化學(xué)品腐蝕，吸水率高。,2.應(yīng)用,航天航空：溫度不高的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)受力件 軍事：防彈器件 民用：高彈輕質(zhì)體育用品，纜索、輪胎、皮帶的加強(qiáng)纖維。,四.其它纖維 1. SiC纖維 采用化學(xué)氣相沉積法，將SiC沉積在W絲或C纖維表 面而得。 強(qiáng)度、模量與C纖維相近，耐高溫達(dá)1000，耐腐蝕、耐輻射。 可用于要求耐熱的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，主要與金屬基和陶瓷基復(fù)合。 特點(diǎn)：共價(jià)鍵，相容性好，與基體結(jié)合強(qiáng)度高。,2.B纖維 氣相法將B沉積在W絲或C纖維表面

19、而得。 拉伸強(qiáng)度不高300MPa 突出特點(diǎn)：彈性模量高，相容性較好。 主要用于金屬和陶瓷增強(qiáng)。 3.Al2O3纖維 熔融垂直拉單晶的方法制備，價(jià)貴; 高溫不存在氧化問(wèn)題，與金屬等復(fù)合容易; 抗拉強(qiáng)度比GF高3倍，電學(xué)性能優(yōu)良； 不足之處是密度高3.20g/cm3,4. 晶須 陶瓷晶須 金屬晶須 是目前強(qiáng)度最高的品種，接近理論強(qiáng)度，比相應(yīng)的長(zhǎng)纖維高一個(gè)數(shù)量級(jí)。 復(fù)合增強(qiáng)效果不及長(zhǎng)纖維，只能作為補(bǔ)強(qiáng)劑使用。 價(jià)貴，用量有限。,E,A,210,47,96,4. 復(fù)合界面,復(fù)合材料性能的關(guān)鍵取決于兩相的結(jié)合界面。因?yàn)橄嗯c相通過(guò)界面偶合，它起著傳遞應(yīng)力，阻斷裂紋擴(kuò)展，散射吸收各種電磁波，電偶腐蝕等作用。

20、 復(fù)合過(guò)程中，液體材料通過(guò)潤(rùn)濕、滲透、 擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)形成一層成分、結(jié)構(gòu)不 同于兩相的過(guò)渡層微區(qū)界面。 基體擴(kuò)散層化合物層 擴(kuò)散層纖維,基體,纖維,1.物理結(jié)合 （機(jī)械咬合 + 次價(jià)鍵結(jié)合） 液態(tài)基體滲入纖維表面微孔，固化后形成咬合界面。 粗糙界面、低的表面能和低粘度，有利于物理結(jié)合。 極性樹(shù)脂如：酚醛、聚酰胺、環(huán)氧等，與極性纖維具有良好的潤(rùn)濕性，并可形成次價(jià)鍵結(jié)合。 非極性樹(shù)脂如：聚乙烯、聚丙烯。聚四氟乙烯等，結(jié)合力弱，復(fù)合效果差。 CF表面極性差，經(jīng)氧化后可提高結(jié)合力。,一典型界面結(jié)合,總之：,物理結(jié)合是一種比較弱的結(jié)合方式。 樹(shù)脂基復(fù)合材料若不經(jīng)特殊處理，多為物理結(jié)合。 金屬基部分以物理

21、方式結(jié)合。 陶瓷基幾乎不以這種方式結(jié)合。,2.擴(kuò)散融合,兩相成分不同，經(jīng)擴(kuò)散或熔融形成過(guò)渡層，性質(zhì)介于兩相之間，結(jié)合力較強(qiáng)。 金屬與陶瓷基復(fù)合溫度較高，小分子和原子易于擴(kuò)散，較常見(jiàn)。 3.化學(xué)結(jié)合 化學(xué)鍵結(jié)合力強(qiáng)。但當(dāng)兩相親合力過(guò)強(qiáng)，可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，界面形成較厚的脆性化合物時(shí)，性能反而下降。,樹(shù)脂基復(fù)合材料：為提高兩相的潤(rùn)濕性和結(jié)合力，通常采用偶聯(lián)劑處理纖維表面，或?qū)⑴悸?lián)劑直接加到液態(tài)樹(shù)脂中，以便形成化學(xué)鍵結(jié)合。 金屬與陶瓷材料：化學(xué)鍵結(jié)合常見(jiàn)。多數(shù)情況在界面上形成化合物層，脆性大，對(duì)力學(xué)性能不利。尤其是高溫使用的材料，應(yīng)防止延續(xù)反應(yīng)。,二. 增強(qiáng)材料的表面處理,為改善纖維表面的浸潤(rùn)性，提高

22、界面結(jié)合力，對(duì)纖維進(jìn)行的預(yù)處理 表面改性。 要點(diǎn)：不同的復(fù)合體系應(yīng)采用不同的處理方法。 樹(shù)脂基 提高化學(xué)結(jié)合 金屬及陶瓷基 抑制化學(xué)反應(yīng),1玻璃纖維 GF成分為SiO2，表面吸水后成-OH，可與含-OH、 COOH、-Cl的偶聯(lián)劑反應(yīng)成醚鍵結(jié)合。 偶聯(lián)劑通式： R - M X M - 中心離子 Cr+3、 Si+4、 Ti+3等高價(jià)金屬離子。 R - 可與聚合物交聯(lián)的基團(tuán)。如不飽和雙鍵、氨基、環(huán)氧、 巰基等。 X - 可與玻纖表面醚化的活性基團(tuán)。如：-Cl、-OH、 -COOH、-OCH3、-OC2H5。,2.碳纖維 氧化法 - 提高表面粗造度和極性。 沉積法 - CVD沉積碳晶須。 電聚合法

23、 - 接枝高分子支鏈 3芳綸等有機(jī)纖維 等離子處理，使苯環(huán)氧化成 -COOH、 -OH ；或接枝聚合生成高分子支鏈。,4. 與金屬基復(fù)合的纖維 目的： 提高浸潤(rùn)性，抑制化學(xué)反應(yīng)。 CF、BF與金屬反應(yīng)活性高，化學(xué)相容性差； 氮化物、碳化物纖維反應(yīng)活性較低； Al2O3反應(yīng)活性最低。 措施： 降低復(fù)合溫度，減少高溫停留時(shí)間。 涂覆隔離層。如CF、BF表面涂SiC。 鍍覆金屬層，改善浸潤(rùn)性。如Al2O3纖維鍍Cu、Ni等。,5. 聚合物基復(fù)合材料,一. 基本性能 具有較高的比強(qiáng)度和比模量。 抗疲勞性能好，安全性高。 減振、隔音、保溫、隔熱。 彈性模量不夠高、斷裂延伸率小、抗沖擊強(qiáng)度差、橫向強(qiáng)度、層

24、間剪切強(qiáng)度低。 手工勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定。,二. 品種,1、GF增強(qiáng)熱固性塑料（GFRP）- 玻璃鋼,、聚酯玻璃鋼 加工性能最好。低粘度，可室溫固化；價(jià)低，用量占80% 。 、環(huán)氧玻璃鋼 綜合力學(xué)性能最好，耐蝕性好；粘度大，施工困難。 酚醛玻璃鋼 耐熱性最好, 350長(zhǎng)期使用，短期可達(dá)1000；電學(xué)性能好，耐電弧。,2、GF增強(qiáng)熱塑性塑料 (FR-TP) 特點(diǎn)： 、比重最輕1.11.6 、抗儒變性等力學(xué)性能明顯提高 、熱學(xué)性能大大改善50% 、尺寸穩(wěn)定性提高,3、高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)塑料,、C纖維增強(qiáng)塑料 比強(qiáng)度，比模量最高的材料；耐腐蝕耐熱都很 好?？箾_擊性差，價(jià)格昂貴。 、芳綸纖維增強(qiáng)塑料 與

25、塑料相容性好，價(jià)格適中，應(yīng)用前景廣泛。 抗拉強(qiáng)度與C纖維相當(dāng)，沖擊強(qiáng)度遠(yuǎn)高于C纖維； 振動(dòng)衰減是玻璃鋼的45倍。 抗壓性能差。,、B纖維增強(qiáng)塑料 突出優(yōu)點(diǎn)是剛度好，價(jià)格比C纖維還貴。 、SiC纖維增強(qiáng)塑料 突出優(yōu)點(diǎn)是與樹(shù)脂相容性好。,芳綸纖維增強(qiáng),C纖維增強(qiáng),包括：材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 材料設(shè)計(jì)：根據(jù)使用要求，選取原材料；安排合適的工藝路線，將其制成滿足性能要求的材料。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定構(gòu)件的最終構(gòu)型、幾何尺寸、組合關(guān)系等，使之 滿足力學(xué)性能，安全壽命，可加工性和經(jīng)濟(jì)性要求。 設(shè)計(jì)過(guò)程：,三、聚合物基復(fù)合材料設(shè)計(jì),材料設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1設(shè)計(jì)條件, 載荷情況 環(huán)境條件：溫度，濕度，腐蝕等?？赡芤?/p>

26、的強(qiáng)度 下降。（如GF、KF耐濕性差） 功能性要求：如燒蝕、潤(rùn)滑、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、防雷電、 抗電磁干擾、透光等。 構(gòu)件形狀限制：緊湊性、可靠性，施工性和經(jīng)濟(jì)性。,靜載 - 強(qiáng)度，剛度。 動(dòng)載 - 抗沖擊強(qiáng)度。 交變 - 疲勞強(qiáng)度。,2原料選擇,原則：滿足性能要求，廉價(jià)，易于獲得。GFKFCF 特殊要求： 高強(qiáng)度，高剛度 高性能CF、BF 高抗沖擊 GF、KF 低溫性能 CF 尺寸穩(wěn)定 KF、CF 透波，吸波 GF、KF、Al2O3,基體材料樹(shù)脂的選?。?受力結(jié)構(gòu)件首選熱固性樹(shù)脂；大量使用、連續(xù)擠壓次受力件可選熱塑性樹(shù)脂（如建筑裝飾）。 150，聚酯或環(huán)氧 150400，聚酰亞胺或雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂

27、內(nèi)裝飾件，酚醛樹(shù)脂（阻燃性好）,3、單層設(shè)計(jì) 目的：為層合板設(shè)計(jì)提供依據(jù) - 強(qiáng)度、剛度。 一般過(guò)程：確定復(fù)合比 性能預(yù)測(cè) 實(shí)驗(yàn)校核 、確定復(fù)合比,、剛度預(yù)測(cè)與核定 理論推測(cè)，實(shí)驗(yàn)核定。 、強(qiáng)度預(yù)測(cè)與核定 橫向強(qiáng)度預(yù)測(cè)困難，以實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)。 縱向拉伸強(qiáng)度 （纖維延伸率小，首先斷裂。）,纖維量多，取決于纖維,纖維量少，取決于基體, 縱向壓縮強(qiáng)度,取計(jì)算結(jié)果小者,最后以實(shí)驗(yàn)校核為準(zhǔn),4、層合板設(shè)計(jì) 內(nèi)容包括：確定鋪層取向，鋪層順序，層合厚度。,0/+45/90/-45,0/90,0,45,鋪設(shè)技術(shù)要點(diǎn)：,對(duì)稱(chēng)鋪設(shè)：與主應(yīng)力方向、厚度中心對(duì)稱(chēng)。 均勻鋪設(shè)：相鄰層間角盡可能小，以防內(nèi)應(yīng)力過(guò)大。 最小鋪設(shè)方

28、向610%。 邊緣包層 沖擊載荷區(qū)以0層承載， 45層分散應(yīng)力均衡負(fù)荷。 厚度變化區(qū)以階梯過(guò)渡。,5、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一般采用迭代法，適當(dāng)修改。 、平緩過(guò)度，防止突變。 、合理拆分與合并。 、壁厚7.5mm，確保固化充分。,可拆分件,旋翼與旋轂可合并,6、實(shí)驗(yàn)校核 按拉伸、壓縮、剪切，根據(jù)國(guó)標(biāo)或行標(biāo)實(shí)驗(yàn)校核，結(jié)果與設(shè)計(jì)值比較。 設(shè)計(jì)值 = 安全系數(shù) 使用值 安全系數(shù)選?。?玻璃纖維 23 高強(qiáng)度纖維 1.52 民用取上限，軍事用途可取低些。,1、手糊 工藝過(guò)程： 模具 涂脫模劑 刷膠衣 刷樹(shù)脂 貼增強(qiáng)劑 固化 脫模 后處理 成品 、原料選擇 基體：液態(tài)熱固性預(yù)聚體。 纖維：纖維布、氈、無(wú)捻粗紗。 脫

29、模劑：脫模蠟，塑料薄膜，有機(jī)硅類(lèi)，改性甘油三 乙酸酯類(lèi)。,四. 成型加工,蠟型脫模劑,、膠液配方,(3)、糊制 刷膠衣： 縱橫各一遍，施膠量300500 g/m2 ， 厚度0.250.5mm。 結(jié)合層糊制：待膠衣半固化后進(jìn)行，用柔軟的表面氈作過(guò)渡層，再貼纖維。鋪層盡可能連續(xù)，錯(cuò)位對(duì)接，嚴(yán)禁達(dá)接。,(4)、固化 不飽和聚酯： 固化劑 - 苯乙烯 引發(fā)劑 - 過(guò)氧化物 促進(jìn)劑 - 有機(jī)鈷 溫度 - 15 濕度 - 80% 時(shí)間 - 24小時(shí)脫模，一周使用。,手糊玻璃鋼賽舟,2. 纏繞成型,將浸過(guò)樹(shù)脂膠液的連續(xù)纖維或布帶，按一定規(guī)律纏繞在芯模上，然后固化脫模得成品。 成型工藝分濕法和干法纏繞。 纏繞

30、設(shè)備可自動(dòng)控制 固化可室溫或加熱固化 模芯材料：石膏、石蠟、金屬及合金、塑料等，要便于脫模。 適用于：中空高壓容器。 如：火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、導(dǎo)彈發(fā)射筒、大型儲(chǔ)罐、管材等。,聚脂、 環(huán)氧樹(shù)脂,酚醛、 熱塑性樹(shù)脂,3. 樹(shù)脂傳遞模塑 （模壓法） 先將纖維布、氈裁剪鋪設(shè)在密封模具內(nèi)，再高壓注入液態(tài)樹(shù)脂固化?？缮a(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高精度的零件，表面質(zhì)量好。,4. 拉擠成型 擠壓法 生產(chǎn)橫截面相同的線型型材。生產(chǎn)效率高，自動(dòng)化程度高，纖維含量可高達(dá)4080% 。,6. 金屬基復(fù)合材料,一、基本性能與種類(lèi) 1、性能 與下列材料相比： 金屬及合金 高的比強(qiáng)度，比剛度。 聚合物基復(fù)合材料 導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐熱性好。 陶瓷

31、基復(fù)合材料 高韌性和高沖擊強(qiáng)度。,2、種類(lèi),(1)、按金屬基體分 鋁基：d = 2.7 f.c.c. Tm = 660 塑性韌性好，易加工；熔點(diǎn)低， 可避免與纖維過(guò)度反應(yīng)；強(qiáng)化效果好，價(jià)廉。 鎳基：d = 8.9 f.c.c. Tm = 1453 高溫性能好，可加工成薄膜，抗氧化性好。 鈦基：d = 4.51 h.c.p.(b.c.c.) Tm = 1668 更高的比強(qiáng)度，比模量，耐腐蝕。 (T/= 883),(2)、按增強(qiáng)劑形態(tài)分 顆粒:（體積比20% 粒徑1m）增強(qiáng)效果較低。 層片：二維方向，垂直片方向（裂紋核心）。 纖維：?jiǎn)蜗蛎黠@，橫向影響不大。 3、纖維選擇要點(diǎn) 高強(qiáng)度、高模量。（明顯

32、高于金屬基體） 耐熱性高 （如：KF不宜選用） 價(jià)格低 （比較突出的制約因素） 相容性好 （膨脹系數(shù)相近，高溫惰性）,W、Mo絲： 密度高 Be絲： 價(jià)很高 GF： 與金屬相容性不好 Al2O3 ： 拉籽晶價(jià)高，單晶表面擦傷敏感 C纖維： 細(xì)紗難浸潤(rùn)，與多數(shù)金屬反應(yīng)，抗折性差 B纖維： 以W絲或C纖維作底，CVD沉積，價(jià)高 SiC和B4C： 以W絲或C纖維作底，CVD沉積，價(jià)高化學(xué)相容性好，與基體結(jié)合好，抗高溫儒變。,以上纖維強(qiáng)度、彈性模量較高，價(jià)高且各有不足：,1、制造方法 單層復(fù)合 + 層疊熱壓 金屬薄與纖維粘接或等離子噴涂焊合成單層，裁剪、疊片、熱壓。 粉末冶金法 如：硬質(zhì)合金 鑄造法

33、（比重偏析） 汽缸套、活塞 電鍍（鑄）法 金剛石金屬磨頭 2、技術(shù)關(guān)鍵與難點(diǎn) 防止高溫氧化。 高壓纖維易損傷，斷裂。,二、制造方法及關(guān)鍵技術(shù), 纖維的均勻分布。 控制界面反應(yīng)。,三、鋁基復(fù)合材料,大型運(yùn)載工具的首選材料。如波音747、757、767 常用：B/Al、C/Al、SiC/Al SiC纖維密度較B高30，強(qiáng)度較低，但相容性好。 C纖維紗細(xì)，難滲透浸潤(rùn)，抗折性差，反應(yīng)活性較高。 基體材料可選變形鋁、鑄造鋁、焊接鋁及燒結(jié)鋁。它們塑性好制備鋁薄易。,四、鎳基復(fù)合材料,熔點(diǎn)高，耐氧化性好，使用溫度可達(dá)1000。 BF、CF耐氧化性差，多選用-Al2O3晶須。 制備方法：熱壓法、液態(tài)滲透法、粉

34、末冶金法。 為提高潤(rùn)濕性，可使晶須表面金屬化。如濺射或電鍍,五、鈦基復(fù)合材料,鈦及其合金是比強(qiáng)度、比剛度最好的基材，耐蝕性和耐高溫性也很好，易做耐熱件。（低于相變溫度） 但鈦薄難制，化學(xué)活性高，與C纖維和B纖維反應(yīng)生成TiC和TiB2白亮層 。解決辦法： 高速工藝 - 縮短高溫停留時(shí)間 低溫工藝 - 850熱壓15分鐘 表面包覆 - 涂SiC 合金化 - 提高基體穩(wěn)定性,1、存在問(wèn)題 浸潤(rùn)性差，難滲透。 易曲折，熱壓難。 相容性差。 電偶腐蝕。,六、C纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料,2、解決方法 電鍍Ta、Ni、Ag包覆 涂覆SiC、TiC、B4C等 壓滲法 復(fù)合纖維制備,C纖維具有很好的力學(xué)、熱學(xué)、

35、電學(xué)和自潤(rùn)滑性能，價(jià)格也較B纖維有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景光明。,C纖維壓滲Al,涂Ni碳纖維拉絲復(fù)合Al,原位生長(zhǎng)晶須。采用控制熔體冷凝速度，在金屬基體內(nèi)生長(zhǎng)出晶須。 如：Al基：Al2O3、AlN；Ti基：TiN、TiC 優(yōu)點(diǎn)： 增強(qiáng)纖維分布均勻 基體與纖維結(jié)合力強(qiáng) 熱穩(wěn)定性好 易于加工，直接鑄造成型,七、自增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料,金屬基復(fù)合材料實(shí)例,7. 陶瓷基復(fù)合材料,一、增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理 負(fù)載轉(zhuǎn)移：高彈纖維承受比基體更大的應(yīng)力，強(qiáng)度、韌性提高。 預(yù)應(yīng)力效應(yīng)：纖維熱膨脹系數(shù)高于基體時(shí)，基體受預(yù)壓應(yīng)力而強(qiáng)化。 拔出效應(yīng)：復(fù)合材料破斷，纖維從基體中拔出要消耗部分能量。 裂紋擴(kuò)展受阻：纖維阻止裂紋擴(kuò)展，消耗部

36、分能量。 裂紋轉(zhuǎn)向：裂紋尖端受阻鈍化而轉(zhuǎn)向，要消耗更多的表面能。 纖維斷裂：高強(qiáng)度纖維斷裂，要消耗更大的能量。,二、各種纖維增強(qiáng)陶瓷基,1金屬纖維 W、Mo、Ta、Nb、Cr、Fe、Ni、Co、不銹鋼絲。 如：Mo、Ta /Al2O3 ； W/TiC、TaC、HfC、ZrC W、Mo/ZrO2、ThO2 ； W（涂SiC）/Si3N4 2陶瓷纖維 C、SiC(W)、B4C(W) 、BN、Al2O3(W)纖維或晶須。 可與Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4陶瓷復(fù)合。 (1)性能特點(diǎn) 使用溫度范圍廣，高溫強(qiáng)度高，耐熱沖擊，抗儒變。,(2)、影響增強(qiáng)效果的因素 尺寸因素 纖維過(guò)細(xì)反應(yīng)活性高，過(guò)

37、粗相當(dāng)于裂紋。2030m好。長(zhǎng)纖維增強(qiáng)效果好，晶須長(zhǎng)/徑5為好。 排列方向: 與主應(yīng)力平行。 纖維（晶須）含量及均勻性 含量：斷裂韌性，但密度，強(qiáng)度。 均勻性：強(qiáng)度，斷裂韌性影響不大。, 相容性 纖維熱膨脹系數(shù)應(yīng)約大于基體。 纖維彈性模量應(yīng)高于基體。 兩相化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，陶瓷基以共價(jià)鍵化合物為好。如SiC、Si3N4、BN等。 界面性質(zhì) 界面結(jié)合力應(yīng)適中。,1瓷漿澆鑄法 短纖維混合分散在陶瓷漿體中，澆鑄，吸水，干燥，燒結(jié)。 工藝簡(jiǎn)單，成本低，增強(qiáng)效果有限。（致密度不夠） 2熱壓燒結(jié)法 短纖維與陶瓷粉末混合，模壓成型，熱壓燒結(jié)。 結(jié)合力好，但纖維易受損。,三、成型工藝,3浸漬法 長(zhǎng)纖維編織或纏繞

38、成型，浸漬陶瓷漿，干燥燒結(jié)。 工藝簡(jiǎn)單，燒結(jié)密度低。,發(fā)展方向： 1高性能陶瓷纖維和晶須的制備技術(shù)。 2纖維和晶須的表面處理技術(shù)。 3長(zhǎng)纖維陶瓷復(fù)合材料的制備技術(shù)。 4界面結(jié)合強(qiáng)度與材料強(qiáng)度韌性的關(guān)系。 5復(fù)合比與材料強(qiáng)度韌性的關(guān)系。 6重視纖維晶須和顆粒共復(fù)合的協(xié)同效應(yīng)。 7. 玻璃-陶瓷基體的研究。,四應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展方向,8. 水泥基復(fù)合材料,一、水泥的基本特性與增強(qiáng)方法 剛/柔比高；抗壓/抗拉比高；W/C比高。 增強(qiáng)（韌）方法： 加入高強(qiáng)度集料 混凝土 纖維增韌 （要求纖維粗，較長(zhǎng)） 聚合物改性 浸漬填充、聚合物取代或部分取代水泥基體。,1、混凝土 以水泥為基，加入砂、石，鋼筋。 骨料要

39、求強(qiáng)度高，耐堿性好，與基體有良好的結(jié)合，價(jià)廉。 鋼筋與水泥相容性好，耐堿。為提高鋼筋強(qiáng)度和結(jié)合力，近年來(lái)要求冷拉、表面軋槽。,二、水泥基復(fù)合材料種類(lèi),2、纖維增強(qiáng)水泥,可用纖維見(jiàn)下表： 為防止Ca(OH)2和水對(duì)纖維的不利影響，水泥中需摻入礦渣、火山灰或粉煤灰等活性填料。 技術(shù)要點(diǎn)： 基體強(qiáng)度要高 強(qiáng)度取決于基體，選高標(biāo)號(hào)水泥。 膨脹系數(shù)要適當(dāng) af am ，產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。 纖維足量 纖維相互交錯(cuò)搭接，產(chǎn)生疊加效應(yīng)。 彈性模量要匹配 Ef Em,3、聚合物改性 (1)、聚合物浸漬 將已干固的混凝土構(gòu)件，浸入聚合物單體或預(yù)聚體溶液中使其滲入空隙，通過(guò)加熱聚合、固化形成聚合物填充。提高密度、強(qiáng)度和

40、韌性。 (2)、聚合物混凝土 （可歸入聚合物基復(fù)合材料） 聚合物完全取代水泥，作為集料的結(jié)合劑。 常用聚合物：環(huán)氧、脲醛、糠醛、聚酯樹(shù)脂等。 性能好，價(jià)格較高。應(yīng)用：如人造石,(3)、聚合物水泥混凝土,特點(diǎn)： 抗折強(qiáng)度明顯，抗壓強(qiáng)度。 韌性 ，剛度、脆性。 抗?jié)B透性、耐侵蝕性。 粘補(bǔ)性好。 工藝簡(jiǎn)單，成本低。,聚合物部分取代水泥。要求聚合物具有親水性，在水中或能溶解或能分散成乳液。 加入狀態(tài)可以是單體、聚合物乳液、聚合物粉末。,三、 成型工藝,1、混凝土設(shè)計(jì)與施工 設(shè)計(jì)過(guò)程： 原料選擇 工程計(jì)算 實(shí)驗(yàn)校核調(diào)整 初定配方：水 : 灰 : 砂 : 石 0.5 : 1 : 1.5 : 3 實(shí)驗(yàn)校核：

41、強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)與和易性實(shí)驗(yàn) 調(diào)整：提高水泥標(biāo)號(hào)或用量，可提高強(qiáng)度。 提高水量、降低石料用量，可提高和易性。 最終配方中水泥用量、W/C需滿足耐久性要求。,最終配方滿足耐久性要求,預(yù)應(yīng)力技術(shù),2、纖維增強(qiáng)水泥的成型 (1)、直接噴射法 砂漿配比：W/C = 0.30.4 ； S/C =0.51 耐堿短切纖維：1250mm ；含量約35% 。,(2)、噴射脫水法 上法經(jīng)減壓，脫去多余水份，提高密度和強(qiáng)度。,(3)、預(yù)混料澆鑄法 纖維與砂漿混合，鑄模成型。,(4)、壓力法 預(yù)混料鑄模后，加壓脫水。 (5)、離心成型法 離心成型 + 脫水。 適合于回轉(zhuǎn)體構(gòu)件，纖維可進(jìn)行表面集中增強(qiáng)。,3聚合物水泥砂漿及混凝

42、土的成型 砂漿配比 （一般用于表面工程） P/C = 520% W/C = 0.30.6 S/C = 23 按和易性確定 混凝土配比 （主干工程） P/C = 515% W/C = 0.30.5 S+G/C = 57 S/S+G = 4050%,9. C/C復(fù)合材料,一. 簡(jiǎn)述 高熔點(diǎn)材料 W：Tm = 3500； TaC、HfC：Tm = 4000； C石：升華 3800 C/C復(fù)合材料的研制，起始于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴大型石墨件的改進(jìn)。 由于石墨強(qiáng)度低、脆性大，高速氣流沖蝕嚴(yán)重。,采用碳纖維編織物浸漬瀝青，1000碳化，2800 石墨化后，獲得了性能優(yōu)良的整體C/C復(fù)合材料。 C/C復(fù)合材料是伴

43、隨航天工業(yè)的發(fā)展而成長(zhǎng)的，是最理想的燒蝕材料。燒蝕熱高，燒蝕率低且均勻。 具有極好的生物相容性。 應(yīng)用：再入大氣層的航天飛行器熱防護(hù)材料，飛機(jī)、汽車(chē)的制動(dòng)片，高速軸承、人造骨骼、心臟瓣膜等。,二. 成型加工技術(shù),關(guān)鍵技術(shù)： 提高致密度和均勻性。 纖維織物密度 d = 0.2 0.8，復(fù)合后要求達(dá)1.42.0。 提高纖維編織工藝技術(shù)。（CF柔順性差）,1、坯體的編織 長(zhǎng)纖維編織：可分為單向、雙向、三向、四向、和七向。 纖維氈： 可用長(zhǎng)纖維編織加強(qiáng)。,三向編織坯體,三向增強(qiáng)氈坯體,短纖維：與樹(shù)脂混合，熱壓成型，或調(diào)漿噴射成型。,噴涂成型工藝,2、基體的獲得 (1)、瀝青基 瀝青中含大量苯環(huán)，含碳高

44、，碳化收率高。 瀝青液化 浸漬 碳化 石墨化 (2)、樹(shù)脂基 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：分子鏈含大量苯環(huán)和雜環(huán)結(jié)構(gòu)，固 化后呈交聯(lián)網(wǎng)狀耐高溫樹(shù)脂。 優(yōu)點(diǎn)：（與瀝青比） 低粘度 （低溫、低壓、工藝性好） 純度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 含碳量高，碳化收率大。,(3)、CVD熱解碳 高溫?zé)岱纸庑》肿犹細(xì)浠衔?，在纖維坯體上沉積 活性碳，然后石墨化。 最大問(wèn)題： 表面積碳，內(nèi)外不均。 解決辦法： a.熱梯度法 b.壓差法 c.脈沖法,熱梯度法沉積示意圖,熱解碳與樹(shù)脂碳比較：,熱解碳工藝簡(jiǎn)單 纖維不受損傷 致密均勻、強(qiáng)度較高 2500石墨化后，抗熱振性提高明顯，可有效防止燒蝕過(guò)程中的開(kāi)裂剝落。,三、主要性能,1力學(xué)性能 密度小，

45、高的抗拉強(qiáng)度和高彈性模量，高溫下性能穩(wěn)定。,碳素材料性能比較,碳素材料強(qiáng)度與溫度的關(guān)系,2熱學(xué)性能 熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性好，耐熱沖擊性極好。 3燒蝕性能 表面燒蝕溫度高，通過(guò)輻射和升華帶走大量熱；燒蝕率低，且均勻。,不同材料的有效燒蝕熱,4、生物相容性好 可用于人體骨骼，心臟瓣膜等。 5、隔熱性差 控制材料的密度梯度，或與其它材料復(fù)合成梯度材料。 6、抗氧化性不好 加入抗氧化性物質(zhì)，或用SiC涂層。,10. 混雜纖維復(fù)合材料,一、復(fù)合思想的延伸 二、常用纖維的性能缺陷,三、混雜實(shí)例,飛機(jī)機(jī)翼、直升機(jī)旋翼，可選價(jià)廉的GF制作整體，用CF或KF補(bǔ)強(qiáng) 翼尖、翼緣。 快艇船殼用GF，邊緣用KF提高剛度

46、。 大型板殼體，內(nèi)用GF外包CF制成夾層。 電器外殼，要求表面不帶靜電，并具有抗干擾屏蔽作用，可在玻 璃鋼內(nèi)加入CF。 航天器上要求尺寸穩(wěn)定的構(gòu)件，如攝影機(jī)支架，太陽(yáng)能帆板架， 衛(wèi)星接收發(fā)射天線等。由于在-160+100之間工作，可采用 CF+GF、KF+GF配合，制成零膨脹系數(shù)的混雜復(fù)合材料。,8.復(fù)合材料的應(yīng)用,8.1 金屬基復(fù)合材料 8.1.1金屬基復(fù)合材料的工程特性 剛度的增強(qiáng) 避免使用中的過(guò)度彈性變形 使用例：主動(dòng)軸、儀表架、自行車(chē)主架、三叉戟導(dǎo)彈的慣性導(dǎo)向球等 雙體船“美國(guó)之帆”的交叉懸臂，長(zhǎng)10m，直徑45cm，是迄今MMC的最大零部件,金屬基復(fù)合材料的工程特性,強(qiáng)度的增強(qiáng) 通過(guò)復(fù)合使強(qiáng)度提高 抗疲勞能力提高 延性下降 應(yīng)用例：飛機(jī)的降落齒輪、ARALL（鋁與高分子長(zhǎng)纖維交叉疊層）,金屬基復(fù)合材料的工程特性,抗蠕變能力的增強(qiáng) 長(zhǎng)纖維強(qiáng)化效果好 應(yīng)用例：噴氣式汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)、以輕質(zhì)材料取代鎳基高溫合金葉片和渦輪盤(pán)、長(zhǎng)纖維強(qiáng)化的鈦,金屬基復(fù)合材料的工程特性,耐磨性能的增加 可使磨損率下降至基體的1/10 表面具有好