材料科学与工程导论 第7章 复合材料(Ⅱ)PPT.ppt

1. 固态制造技术 固态法是指在金属基复合材料中基体处于固态下制造金属基复合材料的方法。 金属粉末或铝箔 增强体 + 加热 加压 复合黏结在一起 工艺过程： 在整个过程中金属基体和增强体均处于固体状态。 固态法包括：粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法和挤压法等。 7.4.2 金属基复合材料的制备工艺 7.3.3 聚合物基复合材料（PMC） 碳纤维的特点： 密度低，弹性模量高和强度高。 高温、低温力学性能好。 具有高的耐蚀性、导电性以及低的摩擦系数。 它的主要缺点是脆性大，表面光滑，与树脂结合力比玻璃纤维的还差，常需要表面处理来改善与基体的结合力。 （1）碳纤维及其增强的树脂基复合材料 ◆碳纤维 碳纤维由有机纤维经高温碳化而成，工业广泛应用聚烯腈纤维、黏胶纤维和沥青纤维制造的碳纤维。 7.3.3 聚合物基复合材料（PMC） 碳纤维丝 ◆碳纤维增强的树脂基复合材料（CFRP） 7.3.3 聚合物基复合材料（PMC） 航天工业：如航天飞机有效载荷门、副翼、垂直尾翼、主起落架门、内部压力容器等；空间站大型结构桁架及太阳能电池支架。 汽车工业：F－1方程式赛车车身 体育用品：网球拍、高尔夫球杆、钓鱼杆。 突出特点： 应 用： 密度更低 更高的比强度和比模量 化学稳定性高 高、低温力学性能好 比玻璃钢的性能普遍优越 7.3.3 聚合物基复合材料（PMC） 芳纶刹车片 高温构件——碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制航空发动机 7.3.3 聚合物基复合材料（PMC） ◆晶须 晶须有金属晶须、陶瓷晶须和高分子晶须。 铁晶须已投入生产；陶瓷晶须强度极高，此外还有密度低、弹性模量高、耐热性能好等特点，是极有发展前途的增强晶须。高分子晶须与环氧树脂的复合工艺还在研究中。 ◆晶须增强的树脂基复合材料 晶须价格昂贵，主要用于金属基复合材料，在树脂基复合材料中应用不多。 3. 晶须及其增强的树脂基复合材料 7.3.3 聚合物基复合材料（PMC） 4. 颗粒增强树脂基复合材料 树脂中加入非纤维状增强颗粒的复合材料，强度、弹性模量等力学性能比用纤维增强稍差，但仍然可使增强的树脂具有各种独特性能，这些颗粒还具有改性作用。按用途可将这类增强颗粒分为合成木材、耐磨材料和功能材料。 7.3.3 聚合物基复合材料（PMC） ① 钙塑材料 定义：它是以热塑性树脂为基体，由无机颗粒增强（改性），加入碳酸钙等分散介质制得的复合材料。 特性：不仅能代替木材，钙塑材料的吸水率比木材的低5％～15％，耐腐蚀，还具有保温、吸音、抗震等性能，成本较低。 种类：主要有３种，即聚乙烯钙塑材料、聚丙烯钙塑材料、聚氯乙烯钙塑材料，此外还有用ABS树脂、低压聚乙烯作为基体的钙塑材料。 应用：用于制作地板、墙板、家具，以及车辆、船舶、房屋等内装饰材料，此外还可制成保温板、隔音板等。 (1) 合成木材 7.3.3 聚合物基复合材料（PMC） ②新型合成木材 定义：以热固性或热塑性树脂为基体，以有机填料木粉、木屑、稻壳粉、稻草屑为分散介质的颗粒增强塑料应运而生。 特性：这类材料的特点是填料量大，树脂量少，密度低，价格便宜，保温性能好，同时具有防火、防蛀、防腐蚀等性能。 应用：目前广泛应用于制作门芯板、天花板、家具和车、船的隔板。 7.3.3 聚合物基复合材料（PMC） 定义：以热固性酚醛树脂与合成橡胶为基体，以石棉、铁粉、石墨、硫酸钡、氧化铝非分散介质的复合材料。 特性：它的摩擦系数高，耐磨性好，使用寿命长。 应用：可用于飞机、汽车、地铁车辆的刹车片、摩擦垫板和离合器等耐磨件。 (2) 耐磨材料 7.3.3 聚合物基复合材料（PMC） 7.3.4 原位复合材料 什么是原位复合材料？ 采用定向凝固方法，使液态金属和合金在有规则的温度梯度场中进行冷却凝固，金属基体自身析出晶须或颗粒而得到的复合材料。 原位复合材料的特点： ★增强相在结晶凝固过程中析出，故界面结合牢固、强度高，同时避免了人工复合时润湿、化学反应、相容性等问题。 ★由于两相是在高温接近热平衡条件下缓慢生成的，因而具有良好的热稳定性。 ★材料易加工，能直接铸成所需结构。 §7.3 常用复合材料 主要起粘结作用，某些情况下也起功能作用。 复合材料的功能特性。 不同特性的功能体—特性各异的功能复合材料。 功能体： 特 点： 磁功能、电功能、光功能、热功能、摩擦功能、阻尼功能、防弹功能、辐射功能等。 按功能特性分类： 应用面宽 研制周期短 附加值高 小批量，多品种 适于特殊用途 7.3.5 功能复合材料 基体： §7.3 常用复合材料 7.3.6 层状复合材料 §7.3 常用复合材料 层状复合材料是指在基体中含有多重层片状高