第10章 复合材料制备.ppt

第10章 复合材料制备;10.1、基本概念;基本结构模式;命名：以基体、增强体、增强体+基体、商业名。 分类： A. 按基体材质分类： 聚合物（树脂基）复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料;B. 按增强体形状分类： 颗粒增强复合材料， 纤维增强复合材料， 夹层增强复合材料。 C. 按性能分类 ： 普通复合材料， 先进复合材料;5. 基本性能： 高比强度、高比模量（刚度）； 良好的高温性能； 良好的尺寸稳定性； 良好的化学稳定性； 良好抗疲劳、蠕变、 冲击和断裂韧性； 良好的功能性能。;6. 复合材料发展阶段： 第一代，玻璃强化树脂； 第二代，碳纤维增强树脂、硼纤维增强树脂； 第三代，金属或陶瓷为基体的先进复合材料。;10.2 基本理论 1、复合材料界面 复合材料的界面是指基体与增强相一个多层结构的过渡区域。 ;外力场; A、界面效应 可将界面的机能归纳为以下5种效应：;B、界面的结合状态和强度 复合材料都要求有合适的界面结合强度。;2、复合理论 一、复合材料增强机制 1 、 颗粒增强复合材料增强机制 基体和颗粒共同承受外来载荷； 颗粒阻碍基体位错运动； 裂纹的扩展在颗粒前受阻。;颗粒增强复合材料的屈服强度可有下式表示：; 2、 弥散增强复合材料增强机制 基体是承受外来载荷的主要相； 颗粒阻碍基体位错运动 裂纹的扩展在颗粒前受阻;弥散增强复合材料的屈服强度可由下式表示：;3.纤维（包括晶须、短纤维）复合材料增强机制 基体：不是主承力相。 纤维：主承力相。;短纤维增强复合材料的拉伸强度可由下式表示：;可得： （1）l / lc愈大，复合材料的拉伸强度愈大。 当l / lc＝10时， 增强效果可达到连续纤维的95%。 （2）引入纤维直径d ， （l /d ）c 为纤维临界长径比 ， 当（l /d ）c ? 10 时， 复合材料可获得理想的增强效果。;二、复合材料的复合法则—混合定律 1、混合定律： 复合材料满足以下条件: （1）均质，无内应力； （2）各向同性及线弹性材料； （3）粘结牢靠。 ;2、连续纤维单向增强复合材料 弹性模量 、泊松比、剪切强度等性能均符合混合定律。 如果考虑界面效应，通常是在纤维的影响因子前面乘以一个系数。 在平行于纤维长度方向的强度计算，主要考虑基体的强度和纤维与基体的结合强度。 ; 3、短纤维增强复合材料 短纤维复合材料的强度与纤维长度的关系示意图 ;长纤维;1. 玻璃纤维;玻璃纤维;2. 碳纤维;原丝制造 改 性 的 丙 烯 纤 维; PAN基碳纤维高强度、重量轻、耐高温、耐腐蚀、优异的电性能等特点，世界总生产能力，跃居世界高性能纤维的第二位。 　　 聚丙烯腈（PAN）基碳纤维有两大类，即大丝束碳纤维（LT）和小丝束碳纤维（CT）。 20世纪90年代中期以前世界上生产的都是CT型碳纤维。 1996年生产出位伸强度可以与CT型碳纤维相媲美的LT型碳纤维。 ;各种碳纤维的力学性能;金属基复合材料制备工艺的分类： 1）固态法：真空热压扩散结合、热等静压、 超塑性成型/扩散结合、模压、粉末冶金法。 2）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、 半固态铸造。 3）喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型。 4）原位生长法。;连续增强相金属基复合材料的制备工艺 ;不连续增强相金属基复合材料的制备工艺 ;固态法（连续增强相金属基复合材料制备工艺） ;4. 粉末冶金法（非连续增强相金属基复合材料制备工艺） 粉末冶金法也是一种制备非连续增强相金属基复合材料 常采用的工艺。其优点如下： 1）与液相法相比，制备温度低，界面反应可控； 2）可根据要求设计复合材料的性能； 3）利于增强相与金属基体的均匀混合。 4）其组织致密、细化、均匀、内部缺陷明显改善； 5）利于净成型或近净成型，二次加工性能好。 但工艺流程较长，成本较高是这种工艺的缺点。;;金属基复合材料的性能 ;10.4 陶瓷基复合材料;不同金属、陶瓷基体和陶瓷基复合材料的断裂韧性比较 ;陶瓷基复合材料的制备工艺粉末冶金法 工艺流程： 原料（陶瓷粉末、增强剂、粘结剂和助烧剂）?均匀混合（球磨、超声等）? 冷压成形 ? （热压）烧结适用于颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复