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材料科学导论 学生姓名: 学号: 专业: 任课教师:纪朝辉 时间: 2014/11/6 复合材料的发展现状及在航空业的应用 摘　要: 材料是高新技术发展和现代文明的物质基础, 材料科学一直是活跃的科学前沿。材料是人类文明发展的里程碑：历史上所谓石器 - 青铜 - 铁器时代，就以材料作为时代标志。材料是技术进步的关键。没有半导体材料,就不会有计算机；没有耐高温、高强、低容重的结构材料就没有宇航事业。而在当今材料的应用中，复合材料的应用是尤为重要的。下面说一下我对复合材料的一些认识及其在航空领域的应用。 关键词：复合材料；发展现状；航空工业；金属；非金属；新型材料；材料性能； 复合材料由增强物和基体组成，增强物起着承受载荷的主要作用，其几何形式有长纤维、短纤维和颗粒状物等多种；基体起着粘结、支持、保护增强物和传递应力的作用，常采用橡胶、石墨、树脂、金属和陶瓷等。近代复合材料最重要的有两类：一类是纤维增强复合材料，主要是长纤维铺层复合材料，如玻璃钢；另一类是粒子增强复合材料，如建筑工程中广泛应用的混凝上。纤维增强复合材料是一种高功能材料，它在力学性能、物理性能和化学性能等方面都明显优于单一材料。 2.复合材料的特性 (1)复合材料的比强度和比刚度较高。 材料的强度除以密度称为比强度；材料的刚度除以密度称为比刚度。这两个参量是衡量材料承载能力的重要指标。比强度和比刚度较高说明材料重量轻，而强度和刚度大。这是结构设计，特别是航空、航天结构设计对材料的重要要求。现代飞机、导弹和卫星等机体结构正逐渐扩大使用纤维增强复合材料的比例。 (2)复合材料的力学性能可以设计。 即可以通过选择合适的原材料和合理的铺层形式，使复合材料构件或复合材料结构满足使用要求。例如，在某种铺层形式下，材料在一方向受拉而伸长时，在垂直于受拉的方向上材料也伸长，这与常用材料的性能完全不同。又如利用复合材料的耦合效应，在平板模上铺层制作层板，加温固化后，板就自动成为所需要的曲板或壳体。 (3)复合材料的抗疲劳性能良好。 一般金属的疲劳强度为抗拉强度的 40～50%，而某些复合材料可高达 70～80%。复合材料的疲劳断裂是从基体开始，逐渐扩展到纤维和基体的界面上，没有突发性的变化。因此，复合材料在破坏前有预兆，可以检查和补救。纤维复合材料还具有较好的抗声振疲劳性能。用复合材料制成的直升飞机旋翼，其疲劳寿命比用金属的长数倍。 (4)复合材料的减振性能良好。 纤维复合材料的纤维和基体界面的阻尼较大，因此具有较好的减振性能。用同形状和同大小的两种粱分别作振动试验，碳纤维复合材料粱的振动衰减时间比轻金属粱要短得多。 (5)复合材料通常都能耐高温。 在高温下，用碳或硼纤维增强的金属其强度和刚度都比原金属的强度和刚度高很多。普通铝合金在400℃时，弹性模量大幅度下降，强度也下降；而在同一温度下，用碳纤维或硼纤维增强的铝合金的强度和弹性模量基本不变。复合材料的热导率一般都小，因而它的瞬时耐超高温性能比较好。 (6)复合材料的安全性好。 在纤维增强复合材料的基体中有成千上万根独立的纤维。当用这种材料制成的构件超载，并有少量纤维断裂时，载荷会迅速重新分配并传递到未破坏的纤维上，因此整个构件不至于在短时间内丧失承载能力。 (7)复合材料的成型工艺简单。 纤维增强复合材料一般适合于整体成型，因而减少了零部件的数目，从而可减少设计计算工作量并有利于提高计算的准确性。另外，制作纤维增强复合材料部件的步骤是把纤维和基体粘结在一起，先用模具成型，而后加温固化，在制作过程中基体由流体变为固体，不易在材料中造成微小裂纹，而且固化后残余应力很小。 3．复合材料的发展 复合材料是继钢铁、塑料之后从本世纪后期开始应用的新材料。因其具有比其基体更高的性能,并可按人们的不同设计和不同组合来获得不同性能,已在工农业、能源、交通、国防和高科技领域以及人民生活中占有相当重要地位,并正在扩大应用范围和不断创造新的复合材料种类。当前,美国、日本和以法国为代表的西欧都发展很快。我国虽然起步较晚,但近年来对复合材料的研制工作也已全面展开,并在某些方面已取得了相当水平的成果。然而在很多方面,我们仍处于开始阶段。 （1）树脂基复合材料 纤维增强塑料虽发展很快,并可部分替代传统材料,但它与传统材料竞争中还存在一些不利条件: (1因是新材料,其安全性、可靠性尚不高; (2成本较高; (3受各种法规束缚,限制应用范围。1981年日本将树脂类复合材料性能指标规定为:强度240 kgf/mm2以上,耐热温度250℃以上(强度保持90%).FRP因其不被腐蚀,不易燃烧,当其失效而报废时成为环境公害,这势必随着F