《常用的復(fù)合材料》PPT課件.ppt

1、6.3 常用的復(fù)合材料 一、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 1常用增強(qiáng)纖維 主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、碳化硅纖維、Kevlar有機(jī)物纖維等。,玻璃纖維繩,玻璃纖維布,玻璃纖維繩,玻璃纖維紙,納米碳管纖維,碳纖維繩,（1）玻璃纖維 按玻璃纖維中Na2O和K2O的含量不同，可將其分為無堿纖維（堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%）。隨著堿量的增加，玻璃纖維的強(qiáng)度、絕緣性、耐蝕性降低。 特點(diǎn)：強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度可達(dá)10003000MPa；彈性模量比金屬低得多，為（35）104MPa；密度小，為2.52.7g/cm3；化學(xué)穩(wěn)定性好；不吸水、不燃燒、尺寸穩(wěn)定、隔熱、吸聲、絕緣等。 缺點(diǎn)：脆性較大、耐熱性低，250以上開始軟化。 優(yōu)

2、點(diǎn)：價(jià)格便宜、制作方便,（2）碳纖維 碳纖維是人造纖維（粘膠纖維、聚丙烯腈纖維等），是在200300空氣中加熱并施加一定張力進(jìn)行預(yù)氧化處理，然后在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下于10001500的高溫中進(jìn)行碳化處理而制得。其碳含量Wc85%95%。由于其具有高強(qiáng)度，因而稱高強(qiáng)度碳纖維，也稱型碳纖維。,在25003000高溫的氬氣中進(jìn)行石墨化處理，就可獲得含碳量為Wc98%以上的碳纖維，又稱石墨纖維或高模量碳纖維，也稱型碳纖維。 特點(diǎn)：與玻璃纖維相比，碳纖維具有密度?。?.332.0g/3），彈性模量高（2.84105MPa）；高溫及低溫性能好，導(dǎo)電性好、化學(xué)穩(wěn)定性高、摩擦因數(shù)小、自潤濕性好。 缺點(diǎn)：脆性大、易氧

3、化,（3）硼纖維 它是用化學(xué)沉積法將非晶態(tài)的硼涂覆到鎢絲上而制得的。具有高熔點(diǎn)（2300）、高強(qiáng)度（24502750MPa）、高彈性模量（3.84.9105MPa）。具有良好的抗氧化性、耐蝕性。 缺點(diǎn)：密度大、直徑較粗及生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、價(jià)格昂貴。,（4）碳化硅纖維 它是用碳纖維作底絲，通過氣相沉積法而制得。具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高彈性模量。其突出特點(diǎn)是具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度，在1100時(shí)其強(qiáng)度仍高達(dá)2100MPa。,（5）Kevlar有機(jī)纖維（芳綸、聚芳酰胺纖維） 特點(diǎn)：比強(qiáng)度、比模量高；其強(qiáng)度可達(dá)28003700MPa；密度小，只有1.45 g/3；耐熱性比玻璃纖維好。它還具有優(yōu)良的抗疲勞性

4、、耐蝕性、絕緣性和加工性。,2纖維樹脂復(fù)合材料 （1）玻璃纖維樹脂復(fù)合材料 亦稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料，也稱玻璃鋼。 1）熱塑性玻璃鋼 它是由20%40%的玻璃纖維和60%80%的熱塑性樹脂（如尼龍、ABS等）組成，具有高強(qiáng)度和高沖擊韌性，良好的低溫性能及低熱膨脹系數(shù)。,2) 熱固性玻璃鋼 它是由60%70%玻璃纖維（或玻璃布）和30%40%熱固性樹脂（環(huán)氧、聚酯樹脂等）組成。 主要優(yōu)點(diǎn)：密度小、強(qiáng)度高，耐蝕性、絕緣性、絕熱性好；吸水性、防磁、微波穿透性好，易于加工成型。 缺點(diǎn)：彈性模量低，熱穩(wěn)定性不高，只能在300以下工作。,（3）硼纖維樹脂復(fù)合材料 主要由硼纖維與環(huán)氧、聚酰亞胺等樹脂組成。具有高

5、的比強(qiáng)度、比模量，良好的耐熱性。其缺點(diǎn)是各向異性明顯。,（2）碳纖維樹脂復(fù)合材料 最常用的是碳纖維與聚酯、酚醛、環(huán)氧、聚四氟乙烯等樹脂組成的復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度、高彈性模量、高比強(qiáng)度和比模量，還具有優(yōu)良的抗疲勞性能、耐沖擊性能、自潤滑性、減摩耐磨性、耐蝕性及耐熱性。缺點(diǎn)是纖維與基體結(jié)合力低。,（4）碳化硅纖維樹脂復(fù)合材料 由碳化硅纖維與環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合材料，具有高的比強(qiáng)度、比模量。,（5）Kevlar纖維樹脂復(fù)合材料 由Kevlar纖維與環(huán)氧、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等樹脂組成。主要性能特點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度大于玻璃鋼，而與碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料相似；延性好，與金屬相當(dāng)；其耐沖擊性超過碳纖維增強(qiáng)塑料；

6、其疲勞抗力高于玻璃鋼和鋁合金；減振能力為鋼的8倍。,3纖維金屬（或合金）復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)金屬復(fù)合材料是由高強(qiáng)度、高模量的脆性纖維（碳、硼、碳化硅纖維）與具有較高韌性及低屈服強(qiáng)度的金屬（鋁及其合金、鈦及其合金、銅及其合金、鎳合金、鎂合金、銀鉛等）組成，具有高的橫向力學(xué)性能、高的層間剪切強(qiáng)度；沖擊韌性好、高溫強(qiáng)度高、耐熱性、耐磨性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好；不吸濕、尺寸穩(wěn)定性好、不老化等優(yōu)點(diǎn)。,（1）纖維鋁（或合金）復(fù)合材料 1）硼纖維鋁（或合金）基復(fù)合材料。 硼和鋁在高溫易形成AlB2，與氧易形成B2O3，故在硼纖維表面要涂一層SiC以提高硼纖維的化學(xué)穩(wěn)定性。 特點(diǎn)：具有高彈性模量，高抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)

7、度和疲勞強(qiáng)度。 應(yīng)用：主要用于制造飛機(jī)和航天器的蒙皮、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等。,2）石墨纖維鋁（或合金）基復(fù)合材料。 由型碳纖維與純鋁或形變鋁合金、鑄造鋁合金組成。 特點(diǎn)：具有高比強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度，在500時(shí)其比強(qiáng)度為鈦合金的1.5倍 應(yīng)用：主要用于制造航天飛機(jī)的外殼、飛機(jī)蒙皮。,3）碳化硅纖維鋁（或合金）復(fù)合材料 它是由碳化硅纖維與純鋁（或鑄造鋁合金、鋁銅合金等）組成的復(fù)合材料。 特點(diǎn)：具有高的比強(qiáng)度、比模量，硬度高。 應(yīng)用：用于制造飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞、連桿等。,（2）纖維鈦合金復(fù)合材料 由硼纖維或改性硼纖維、碳化硅纖維與鈦合金（Ti6Al4V）組成。它具有低密度、高強(qiáng)度、高彈性模量、

8、高耐熱性、低熱膨脹系數(shù)的特點(diǎn)。,（3）纖維銅（或合金）復(fù)合材料 由石墨纖維與銅（或銅鎳合金）組成的材料。為了增強(qiáng)石墨纖維和基體的結(jié)合強(qiáng)度，常在石墨纖維表面鍍銅或鍍鎳后再鍍銅。石墨纖維增強(qiáng)銅或銅鎳合金復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、低的摩擦因數(shù)和高的耐磨性，以及在一定溫度范圍內(nèi)的尺寸穩(wěn)定性。,4纖維陶瓷復(fù)合材料 用碳（或石墨）纖維與陶瓷組成的復(fù)合材料能大幅度提高陶瓷的沖擊韌性和抗熱振性，降低脆性，而陶瓷又能保護(hù)碳（或石墨）纖維在高溫下不被氧化。因而這類材料具有很高的強(qiáng)度和彈性模量。 除上述三大類纖維增強(qiáng)復(fù)合材料外，近年來研制了多種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，例C/C復(fù)合材料、混雜纖維復(fù)合材料等。,二、疊層復(fù)合材料 疊層復(fù)合材料是由兩層或兩層以上不同材料結(jié)合而成。,1雙層金屬復(fù)合材料 將性能不同的兩種金屬用膠合或熔合鑄造、熱壓、焊接、噴涂等方法復(fù)合在一起，以滿足某種性能要求的材料。,2塑料金屬多層復(fù)合材料 典型代表是SF型三層復(fù)合材料，如圖6-4所示。,三、粒子增強(qiáng)型復(fù)合材料,1顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料（d1m，體積分?jǐn)?shù)v20%） 金屬陶瓷是常見的顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。硬質(zhì)合金就是以TiC、WC（或TaC）等碳化物為基體，以金屬Ni、Co為粘合劑，將它們用粉末冶金方法經(jīng)燒結(jié)所形成的金屬陶瓷。,2彌散強(qiáng)化復(fù)合材