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文檔簡介
1、第二章 復合材料的基體復合材料基體分類復合材料基體分類 聚合物基聚合物基復合材料復合材料:以有機聚合物(熱固性樹脂、熱塑性以有機聚合物(熱固性樹脂、熱塑性樹脂及橡膠等)為基體;樹脂及橡膠等)為基體; 金屬基金屬基復合材料:以金屬(鋁、鎂、鈦等)為基體;復合材料:以金屬(鋁、鎂、鈦等)為基體; 無機非金屬無機非金屬基復合材料:以陶瓷材料(也包括玻璃和水基復合材料:以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)為基體泥)為基體熱塑性樹脂 熱塑性樹脂:熱塑性樹脂:是具有受熱軟化、冷卻硬化的性能,而且不起化學反應,無論加熱和冷卻重復進行多少次,均能保持這種性能。凡具有熱塑性樹脂其分子結構都屬線型。它包括含全部聚合樹脂
2、和部分縮合樹脂。 熱塑性樹脂有:熱塑性樹脂有:PE-聚乙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PA-聚酰胺、POM-聚甲醛、PC-聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、橡膠等。熱塑性樹脂的優(yōu)點是加工成型簡便,具有較高的機械能。缺點是耐熱性(使用溫度在100 )和剛性較差。熱塑性樹脂 決定合成樹脂力學性能的結構因素有以下五個:大分子鏈的主價力;分子間的作用力;大分子鏈的柔韌性;分子量;大分子鏈的交聯密度。 熱塑性樹脂與熱固性樹脂在結構上的顯著差別在于前者的大分子鏈為線型結構,而后者的大分子鏈為體型網狀結構。由于這一結構上的差別,使熱塑性樹脂與熱固性樹脂相比在力學性能上有以下幾個顯著特點:具有明顯的力學松弛現象
3、;在外力作用下,形變的能力較大,即當應變速度不大進,可具有相當大的斷裂延伸率;抗沖擊性能好。 聚碳酸酯 聚碳酸酯聚碳酸酯(簡稱簡稱PC)是分子鏈中含有碳酸酯基的是分子鏈中含有碳酸酯基的高高分子聚合物分子聚合物,根據酯基的結構可分為脂肪族、芳,根據酯基的結構可分為脂肪族、芳香族、脂肪族香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由于脂肪芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的芳香族聚碳酸酯的機械性能機械性能較低,從較低,從而限制了其在而限制了其在工程塑料工程塑料方面的應用。目前僅有芳方面的應用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲的了工業(yè)化生產。由于聚碳酸酯香族聚碳酸酯獲的了工業(yè)化生產。
4、由于聚碳酸酯結構上的特殊性,現已成為五大工程塑料中增長結構上的特殊性,現已成為五大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料。速度最快的通用工程塑料。 聚碳酸脂聚碳酸脂(Polycarbonate)常用縮寫)常用縮寫PC 聚碳酸酯是一種無色透明的無定性熱塑性材料。其名稱來源于其內部的是一種無色透明的無定性熱塑性材料。其名稱來源于其內部的CO3基團?;鶊F。 2011年年3月雙酚月雙酚A在食用瓶中已被歐美國家禁用在食用瓶中已被歐美國家禁用 化學名:化學名:2,2-雙(雙(4-羥基苯基)羥基苯基)丙烷丙烷聚碳酸酯聚碳酸酯 聚碳酸酯的應用 (1)用于建材行業(yè)用于建材行業(yè) 聚碳酸酯板材具有良好的透光性,抗沖擊
5、性,耐紫外線輻射及其制品的尺寸穩(wěn)定性和良好的成型加工性能,使其比建筑業(yè)傳統使用的無機玻璃具有明顯的技術性能優(yōu)勢。目前,中國建有聚碳酸酯建材中空板生產線20余條,年需用聚碳酸酯7萬t左右,預計到2005年將達到14萬t。 (2)用于汽車制造工業(yè)用于汽車制造工業(yè) 聚碳酸酯具有良好的抗沖擊、抗熱畸變性能,而且耐候性好、硬度高,因此適用于生產轎車和輕型卡車的各種零部件,其主要集中在照明系統、儀表板、加熱板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保險杠等。聚碳酸酯的應用 (3)用于生產醫(yī)療器械用于生產醫(yī)療器械由于聚碳酸酯制品可經受蒸汽、清洗劑、加熱和大劑量輻射消毒,且不發(fā)生變黃和物理性能下降,因而被廣泛應用于人工腎血
6、液透析設備和其他需要在透明、直觀條件下操作并需反復消毒的醫(yī)療設備中。如生產高壓注射器、外科手術面罩、一次性牙科用具、血液分離器等。 (4)用于航空、航天領域用于航空、航天領域近年來,隨著航空、航天技術的迅速發(fā)展,對飛機和航天器中各部件的要求不斷提高,使得PC在該領域的應用也日趨增加。據統計,僅一架波音型飛機上所用聚碳酸酯部件就達2500個,單機耗用聚碳酸酯約2噸。而在宇宙飛船上則采用了數百個不同構型并由玻璃纖維增強的聚碳酸酯部件及宇航員的防護用品等。 聚碳酸酯的應用 (5)用于包裝領域用于包裝領域近年來,在包裝領域出現的新增長點是可重復消毒和使用的各種型號的儲水瓶。由于聚碳酸酯制品具有質量輕,
7、抗沖擊和透明性好,用熱水和腐蝕性溶液洗滌處理時不變形且保持透明的優(yōu)點,目前一些領域PC瓶已完全取代玻璃瓶。 (6) 用于電子電器領域用于電子電器領域由于聚碳酸酯在較寬的溫、濕度范圍內具有良好而恒定的電絕緣性,是優(yōu)良的絕緣材料。同時,其良好的難燃性和尺寸穩(wěn)定性,使其在電子電器行業(yè)形成了廣闊的應用領域。聚碳酸酯樹脂主要用于生產各種食品加工機械,電動工具外殼、機體、支架、冰箱冷凍室抽屜和真空吸塵器零件等。聚碳酸酯的應用(7)用于光學透鏡領域用于光學透鏡領域聚碳酸酯以其獨特的高透光率、高折射率、高抗沖性、尺寸穩(wěn)定性及易加工成型等特點,在該領域占有極其重要的位置。采用光學級聚碳酸配制作的光學透鏡不僅可用
8、于照相機、顯微鏡、望遠鏡及光學測試儀器等,還可用于電影投影機透鏡、復印機透鏡、紅外自動調焦投影儀透鏡、激光束打印機透鏡,以及各種棱鏡、多面反射鏡等諸多辦公設備和家電領域,其應用市場極為廣闊。 (8) 用于光盤的基礎材料用于光盤的基礎材料近年來,隨著信息產業(yè)的倔起,由光學級聚碳酸酯制成的光盤作為新一代音像信息存儲介質,正在以極快的速度迅猛發(fā)展。聚碳酸酯以其優(yōu)良的性能特點因而成為世界光盤制造業(yè)的主要原料。目前世界光盤制造業(yè)所耗聚碳酸酯量已超過聚碳酸酯整體消費量的20%,其年均增長速度超過10%。熱固性樹脂 熱固性樹脂:加熱后產生化學變化,逐漸硬化成型,再受熱也不軟化,也不能溶解。熱固性樹脂其分子結
9、構為體型,它包括大部分的縮合樹脂,熱固性樹脂的優(yōu)點是耐熱性高,受壓不易變形。其缺點是機械性能較差。 熱固性樹脂有酚醛、環(huán)氧、氨基、不飽和聚酯以及硅醚樹脂等。 聚合物基體 聚合物基體的種類聚合物基體的種類 不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及各種不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及各種熱塑性聚合物熱塑性聚合物等。等。 不飽和聚酯樹脂是制造玻璃纖維復合材料的一不飽和聚酯樹脂是制造玻璃纖維復合材料的一種重要樹脂。在國外,聚酯樹脂占玻璃纖維復種重要樹脂。在國外,聚酯樹脂占玻璃纖維復合材料用樹脂總量的合材料用樹脂總量的80%80%以上。以上。11Chapter 9 Composites聚酯樹脂聚酯樹脂特
10、點:特點:工藝性良好工藝性良好,室溫下固化,常壓下成型,室溫下固化,常壓下成型,工藝裝置簡單。工藝裝置簡單。樹脂固化后樹脂固化后綜合性能良好綜合性能良好,力學性能不如,力學性能不如酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂。酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂。價格價格比環(huán)氧樹脂低得多,只比酚醛樹脂略比環(huán)氧樹脂低得多,只比酚醛樹脂略貴一些。貴一些。不飽和聚酯樹脂的不飽和聚酯樹脂的缺點缺點是固化時是固化時體積收縮體積收縮率大、耐熱性差等率大、耐熱性差等。主要用于一般主要用于一般民用工業(yè)和生活用品民用工業(yè)和生活用品中中12Chapter 9 Composites HOCHCH2CH3OCOCHCHCOOCHCH2CH3OCOCOOHnHO
11、CHCH2CH3O COCHCHCOOCHCH2CH3OCOCOOHnCCH3CH3OCH2OCHCH2CH3CHOOCH3CCCHOCHCCHOOOCHCHOOn鄰苯型不飽和聚酯:間苯型不飽和聚酯:雙酚型不飽和聚酯:13Chapter 9 Composites環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂特點:特點:在加熱條件下即能固化,無須添加固化劑。在加熱條件下即能固化,無須添加固化劑。酸、堿對固化反應起促進作用;酸、堿對固化反應起促進作用;已固化的樹脂有良好的壓縮性能,良好的耐已固化的樹脂有良好的壓縮性能,良好的耐水、耐化學介質和耐燒蝕性能;水、耐化學介質和耐燒蝕性能;樹脂固化過程中有小分子析出,故需在高壓樹脂固化
12、過程中有小分子析出,故需在高壓下進行;下進行;固化時體積收縮率大,樹脂對纖維的粘附性固化時體積收縮率大,樹脂對纖維的粘附性不夠好,但斷裂延伸率低,脆性大。不夠好,但斷裂延伸率低,脆性大。14Chapter 9 Composites CH2CHCH2OCCH3CH3OO CH2CHCH2OHOCCH3CH3CH2CHOCH2Onn = 019雙酚型環(huán)氧樹脂:CH2CH2OOOH2CHCCH2H2CHCCH2H2CHCCH2OOOn酚醛環(huán)氧樹脂:15Chapter 9 Composites酚醛樹脂酚醛樹脂優(yōu)點:比環(huán)氧樹脂價格便宜優(yōu)點:比環(huán)氧樹脂價格便宜缺點:吸附性不好、收縮率高、成型壓力高、制品空
13、缺點:吸附性不好、收縮率高、成型壓力高、制品空隙含量高等。隙含量高等。大量用于粉狀壓塑料、短纖維增強塑料,大量用于粉狀壓塑料、短纖維增強塑料,少量用于玻璃纖維復合材料、耐燒蝕材料等,很少使少量用于玻璃纖維復合材料、耐燒蝕材料等,很少使用在碳纖維和有機纖維復合材料中用在碳纖維和有機纖維復合材料中。OHn+ nCHOHOHCH2n+ nH2O苯酚甲醛酚醛樹脂16Chapter 9 Composites酚醛樹脂應用酚醛樹脂應用生產模壓制品的壓塑粉是酚醛樹脂的主要用途之一。采用輥壓法、螺旋擠出法和乳液法使樹脂浸漬填料并與其他助劑混合均勻,再經粉碎過篩即可制得壓塑粉。常用木粉作填料,為制造某些高電絕緣性
14、和耐熱性制件,也用云母粉、石棉粉、石英粉等無機填料。壓塑粉可用模壓、傳遞模塑和注射成型法制成各種塑料制品。熱塑性酚醛樹脂壓塑粉主要用于制造開關、插座、插頭等電氣零件,日用品及其他工業(yè)制品。熱固性酚醛樹脂壓塑粉主要用于制造高電絕緣制件。增強酚醛塑料 以酚醛樹脂(主要是熱固性酚醛樹脂)溶液或乳液浸漬各種纖維及其織物,經干燥、壓制成型的各種增強塑料是重要的工業(yè)材料。它不僅機械強度高、綜合性能好,而且可進行機械加工。以玻璃纖維、石英纖維及其織物增強的酚醛塑料主要用于制造各種制動器摩擦片和化工防腐蝕塑料;高硅氧玻璃纖維和碳纖維增強的酚醛塑料是航天工業(yè)的重要耐燒蝕材料。 聚合物基體的作用聚合物基體的作用
15、把纖維粘在一起;把纖維粘在一起; 分配纖維間的載荷;分配纖維間的載荷; 保護纖維不受環(huán)境影響。保護纖維不受環(huán)境影響。 用作基體的用作基體的理想材料理想材料,其原始狀態(tài)應該是低粘度的液,其原始狀態(tài)應該是低粘度的液體,并能迅速變成堅固耐久的固體,足以把增強纖維體,并能迅速變成堅固耐久的固體,足以把增強纖維粘住。粘住。 盡管纖維增強材料的作用是承受載荷,但是基體材料盡管纖維增強材料的作用是承受載荷,但是基體材料的力學性能會明顯地影響纖維的工作方式及其效率。的力學性能會明顯地影響纖維的工作方式及其效率。 18Chapter 9 Composites 例如,在沒有基體的纖維束中大部分載荷由例如,在沒有基
16、體的纖維束中大部分載荷由最直的最直的纖維纖維承受,基體使得應力較均勻地分配給承受,基體使得應力較均勻地分配給所有所有纖維,這是由纖維,這是由于基體使所有纖維經受同樣的應變,應力通過剪切過程于基體使所有纖維經受同樣的應變,應力通過剪切過程傳遞,這要求纖維和基體之間有傳遞,這要求纖維和基體之間有高的膠接強度高的膠接強度,同時要,同時要求求基體本身也具有高的剪切強度和模量基體本身也具有高的剪切強度和模量。 當載荷主要由纖維承受時,復合材料總的延伸率受到纖當載荷主要由纖維承受時,復合材料總的延伸率受到纖維的破壞延伸率的限制,這通常為維的破壞延伸率的限制,這通常為1%1.5%。基體的。基體的主要性能是在
17、這個應變水平下不應該裂開。主要性能是在這個應變水平下不應該裂開。 在纖維的垂直方向,基體的力學性能和纖維與基體之間在纖維的垂直方向,基體的力學性能和纖維與基體之間的膠接強度控制著復合材料的物理性能。的膠接強度控制著復合材料的物理性能。 由于基體比纖維弱得多,而柔性卻大得多,所以在結構由于基體比纖維弱得多,而柔性卻大得多,所以在結構件設計中應件設計中應盡量避免基體直接橫向受載。盡量避免基體直接橫向受載。19Chapter 9 Composites 在高膠接強度體系(纖維間的載荷傳遞效率高,但斷在高膠接強度體系(纖維間的載荷傳遞效率高,但斷裂韌性差)與較低膠接強度體系(纖維間的載荷傳遞裂韌性差)與
18、較低膠接強度體系(纖維間的載荷傳遞效率不高,但韌性較高)之間需要效率不高,但韌性較高)之間需要折衷折衷。 在應力水平和方向不確定情況下使用或在纖維排列精在應力水平和方向不確定情況下使用或在纖維排列精度較低情況下制造的復合材料往往要求基體比較軟。度較低情況下制造的復合材料往往要求基體比較軟。 在明確應力水平情況下使用和在嚴格控制纖維排列情在明確應力水平情況下使用和在嚴格控制纖維排列情況下制造的先進復合材料,應通過使用高模量和高膠況下制造的先進復合材料,應通過使用高模量和高膠接強度的基體以更充分地發(fā)揮纖維的最大性能。接強度的基體以更充分地發(fā)揮纖維的最大性能。 20Chapter 9 Composi
19、tes 根據不飽和聚酯樹脂的結構可分為鄰苯型、間苯型、對苯型、雙酚A型、乙烯基酯型等;根據其性能可分為通用型、防腐型、自熄型、耐熱型、低收縮型等;根據其主要用途可分為玻璃鋼(FRP)用樹脂與非玻璃鋼用樹脂兩大類,所謂玻璃鋼制品是指樹脂以玻璃纖維及其制品為增強材料制成的各種產品,也稱為玻璃纖維增強塑料(簡稱FRP或玻璃鋼);非玻璃鋼制品是樹脂與無機填料相混合或其本身單獨使用制成的各種制品,也稱為非增強型玻璃鋼制品。 不飽和樹脂 玻璃鋼制品的應用 建筑領域:制冷卻塔,噴射式塔及風筒、風機、收水器等輔件。門、窗、輕型采光建筑、格柵、活動房、冷庫、公園亭、臺、報亭等。 玻璃鋼管、罐、槽等防腐產品及工程
20、:包括大、中、小口徑管道、管件、閥門、貯罐、貯槽、格柵、填倉板、塔器、煙囪、防腐地面及建筑防腐等。 玻璃鋼車輛:火車雙層客車及零部件、窗框、汽車車身、保險杠等。 玻璃鋼船艇:包括游艇、救生艇、舢舨、養(yǎng)殖船、沖鋒舟等。 玻璃鋼衛(wèi)生設備:浴缸、洗漱臺、便器、鏡架、整體衛(wèi)生間、垃圾箱。 節(jié)能玻璃鋼產品;包括軸流風機、離心風機、太陽能熱水器、風力發(fā)電機等。 玻璃鋼家具:包括座椅、快餐桌、成套家具、電話亭、柜臺等。玻璃鋼制品的應用玻璃鋼制品的應用玻璃鋼制品的應用玻璃鋼制品的應用金屬基體材料選擇基體的原則選擇基體的原則 目前用作金屬基復合材料的金屬有目前用作金屬基復合材料的金屬有鋁鋁及鋁合金、及鋁合金、鎂
21、鎂合金、合金、鈦鈦合金、合金、鎳鎳合金、合金、銅銅與銅合金、與銅合金、鋅鋅合合金、鉛、鈦鋁、鎳鋁金、鉛、鈦鋁、鎳鋁金屬間化合物金屬間化合物等。等。 基體材料成分的選擇對能否基體材料成分的選擇對能否充分組合和發(fā)揮基充分組合和發(fā)揮基體金屬和增強物性能特點體金屬和增強物性能特點,獲得預期的,獲得預期的優(yōu)異綜優(yōu)異綜合性能合性能,滿足使用要求十分重要。,滿足使用要求十分重要。 金屬基復合材料的使用要求金屬基復合材料的使用要求金屬基復合材料構件的金屬基復合材料構件的使用性能要求是選擇金屬基使用性能要求是選擇金屬基體材料最重要的依據體材料最重要的依據。 在在航天、航空技術航天、航空技術中中高比強度和比模量高
22、比強度和比模量以及以及尺寸穩(wěn)定尺寸穩(wěn)定性性是最重要的性能要求。是最重要的性能要求。 作為飛行器和衛(wèi)星的構件宜選用密度小的輕金屬合作為飛行器和衛(wèi)星的構件宜選用密度小的輕金屬合金金鎂合金和鋁合金作為基體,與高強度、高模量的鎂合金和鋁合金作為基體,與高強度、高模量的石墨纖維、硼纖維等組成石墨石墨纖維、硼纖維等組成石墨/ /鎂、石墨鎂、石墨/ /鋁、硼鋁、硼/ /鋁復鋁復合材料。合材料。28Chapter 9 Composites 高性能發(fā)動機高性能發(fā)動機:要求復合材料不僅有高比強度和比模量,:要求復合材料不僅有高比強度和比模量,還要具有優(yōu)良的還要具有優(yōu)良的耐高溫耐高溫性能,能在高溫、氧化性氣氛中正性
23、能,能在高溫、氧化性氣氛中正常工作。此時不宜選用一般的鋁、鎂合金,而應選擇鈦合常工作。此時不宜選用一般的鋁、鎂合金,而應選擇鈦合金、鎳合金以及金屬間化合物作為基體材料。金、鎳合金以及金屬間化合物作為基體材料。如碳化硅如碳化硅/ /鈦、鎢絲鈦、鎢絲/ /鎳基超合金復合材料可用于噴氣發(fā)鎳基超合金復合材料可用于噴氣發(fā)動機葉片、轉軸等重要零件。動機葉片、轉軸等重要零件。 在在汽車發(fā)動機汽車發(fā)動機中要求其零件中要求其零件耐熱、耐磨、導熱耐熱、耐磨、導熱、一定的高、一定的高溫強度等,同時又要求溫強度等,同時又要求成本低廉成本低廉,適合于批量生產,因此,適合于批量生產,因此選用鋁合金作基體材料與陶瓷顆粒、短
24、纖維組成顆粒(短選用鋁合金作基體材料與陶瓷顆粒、短纖維組成顆粒(短纖維)纖維)/鋁基復合材料。鋁基復合材料。如碳化硅如碳化硅/ /鋁復合材料、碳纖維或氧化鋁纖維鋁復合材料、碳纖維或氧化鋁纖維/ /鋁復合材鋁復合材料可制作發(fā)動機活塞、缸套等零件。料可制作發(fā)動機活塞、缸套等零件。 工業(yè)工業(yè)集成電路集成電路需要需要高導熱、低膨脹高導熱、低膨脹的金屬基復合材料的金屬基復合材料作為散熱元件和基板。作為散熱元件和基板。選用具有高導熱率的銀、銅、鋁等金屬為基體與高導選用具有高導熱率的銀、銅、鋁等金屬為基體與高導熱性、低熱膨脹的超高模量石墨纖維、金剛石纖維、熱性、低熱膨脹的超高模量石墨纖維、金剛石纖維、碳化硅
25、顆粒復合成具有低熱膨脹系數和高導熱率、高碳化硅顆粒復合成具有低熱膨脹系數和高導熱率、高比強度、高比模量等性能的金屬基復合材料,可能成比強度、高比模量等性能的金屬基復合材料,可能成為解決高集成電子器件的關鍵材料。為解決高集成電子器件的關鍵材料。30Chapter 9 Composites 金屬基復合材料組成特點金屬基復合材料組成特點 連續(xù)連續(xù)纖維增強金屬基復合材料,纖維增強金屬基復合材料,纖維是主要承載物纖維是主要承載物體體,纖維本身具有很高的強度和模量,而金屬基體,纖維本身具有很高的強度和模量,而金屬基體的強度和模量遠遠低于纖維。的強度和模量遠遠低于纖維。 連續(xù)纖維增強金屬基復合材料中基體的主
26、要作用應連續(xù)纖維增強金屬基復合材料中基體的主要作用應是是以充分發(fā)揮增強纖維的性能為主以充分發(fā)揮增強纖維的性能為主,基體本身應與,基體本身應與纖維有纖維有良好的相容性和塑性良好的相容性和塑性,而,而并不要求并不要求基體本身基體本身有很高的強度。有很高的強度。 31Chapter 9 Composites 如碳纖維增強鋁基復合材料中純鋁或含有少量如碳纖維增強鋁基復合材料中純鋁或含有少量合金元素的鋁合金作為基體比高強度鋁合金要合金元素的鋁合金作為基體比高強度鋁合金要好得多,使用后者制成的復合材料的性能反而好得多,使用后者制成的復合材料的性能反而低。在研究碳鋁復合材料基體合金優(yōu)化過程中,低。在研究碳鋁
27、復合材料基體合金優(yōu)化過程中,發(fā)現鋁合金的強度越高,復合材料的性能越低,發(fā)現鋁合金的強度越高,復合材料的性能越低,這與基體和纖維的界面狀態(tài)、脆性相的存在、這與基體和纖維的界面狀態(tài)、脆性相的存在、基體本身的塑性有關。基體本身的塑性有關。32Chapter 9 Composites 對于對于非連續(xù)非連續(xù)增強(顆粒、晶須、短纖維)金屬增強(顆粒、晶須、短纖維)金屬基復合材料,基復合材料,基體是主要承載物,基體的強度基體是主要承載物,基體的強度對復合材料具有決定性的影響。對復合材料具有決定性的影響。因此要獲得高因此要獲得高性能金屬基復合材料性能金屬基復合材料必須選用高強度鋁合金作必須選用高強度鋁合金作為
28、基體為基體,這與連續(xù)纖維增強金屬基復合材料基,這與連續(xù)纖維增強金屬基復合材料基體的選擇完全不同。如顆粒增強鋁基復合材料體的選擇完全不同。如顆粒增強鋁基復合材料一般選用高強度鋁合金(如一般選用高強度鋁合金(如A365,6061,7075)為基體。)為基體。33Chapter 9 Composites 基體金屬與增強物的基體金屬與增強物的相容性相容性金屬基復合材料需要在金屬基復合材料需要在高溫高溫下成型,下成型,制備過程中,處于高溫熱力學非平衡狀態(tài)制備過程中,處于高溫熱力學非平衡狀態(tài)下的纖維與金屬之間很容易發(fā)生下的纖維與金屬之間很容易發(fā)生化學反應化學反應,在界面形成反應層。界面在界面形成反應層。界
29、面反應層反應層大多是大多是脆脆性性的,當反應層達到一定厚度后,材料受的,當反應層達到一定厚度后,材料受力時將會因界面層的斷裂伸長小而產生裂力時將會因界面層的斷裂伸長小而產生裂紋,并向周圍纖維擴展,容易引起纖維斷紋,并向周圍纖維擴展,容易引起纖維斷裂,導致復合材料整體破壞。裂,導致復合材料整體破壞。 34Chapter 9 Composites因此,選擇基體時應充分注意與增強物的相因此,選擇基體時應充分注意與增強物的相容性(特別是化學相容性),并容性(特別是化學相容性),并盡可能在復合盡可能在復合材料成型過程中抑制界面反應材料成型過程中抑制界面反應。 例如,對增強例如,對增強纖維纖維進行表面處理
30、進行表面處理 在金屬在金屬基體基體中添加其他成分中添加其他成分 選擇適宜的選擇適宜的成型成型方法方法 縮短材料在高溫下的停留縮短材料在高溫下的停留時間時間等。等。 35Chapter 9 Composites結構復合材料的基體結構復合材料的基體分為分為輕金屬輕金屬基體和基體和耐熱耐熱合金基體合金基體 用于用于450以下的輕金屬基體以下的輕金屬基體 目前最廣泛、最成熟的是鋁基和鎂基復合材料,用于航目前最廣泛、最成熟的是鋁基和鎂基復合材料,用于航天飛機、人造衛(wèi)星、空間站、汽車發(fā)動機零件、剎車盤天飛機、人造衛(wèi)星、空間站、汽車發(fā)動機零件、剎車盤等等 用于用于450700的復合材料的金屬基體的復合材料的金屬基體 鈦合金具有比重輕、耐腐蝕、耐氧化、強度高等特點,鈦合金具有比重輕、耐腐蝕、耐氧化、強度高等特點,可在可在450450700700使用,用于航空發(fā)動機等零件。使用,用于航空發(fā)動機等零件。 用于用于10001000以上的高溫復合材料的金屬基體以上的高溫復合材料的金屬基體 基體主要是鎳基、鐵基耐熱合金和金屬間化合物。較成基體主要是鎳基、鐵基耐熱合金和金屬間化合物。較成
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