復合材料的分類復合

復合材料的分類112141600711214160281精品PPT·值得借鑒第一頁，共四十八頁。復合材料的分類第一節(jié)概述分類性能特點第二節(jié)增強材料及其增強機制增強材料增強機制第三節(jié)常用復合材料2精品PPT·值得借鑒第二頁，共四十八頁。第一節(jié)概述復合材料兩種或者兩種以上的不同性質(zhì)的材料，通過不同的工藝方法人工合成的多相材料。3精品PPT·值得借鑒第三頁，共四十八頁。在現(xiàn)代工程中對材料的要求越來越苛刻，特別是在航天、航海及交通運輸領(lǐng)域。例如，要求飛機結(jié)構(gòu)材料既有低的密度，又具有高的強度、剛度、韌性、耐磨及耐蝕性。通常高強度材料的密度也高，增大強度或剛度則會降低材料的韌性。4精品PPT·值得借鑒第四頁，共四十八頁。這種材料優(yōu)異性能的組合是單一材料無法滿足的。復合材料5精品PPT·值得借鑒第五頁，共四十八頁。玻璃纖維增強風機葉片玻璃纖維增強尼龍車輪6精品PPT·值得借鑒第六頁，共四十八頁。玻璃纖維增強塑料制自行車復合材料制小船7精品PPT·值得借鑒第七頁，共四十八頁。PPT內(nèi)容概述復合材料的分類。精品PPT·值得借鑒。在現(xiàn)代工程中對材料的要求越來越苛刻，特別是在航天、航海及交通運輸領(lǐng)域。這種材料優(yōu)異性能的組合是單一材料無法滿足的。復合材料既保持組成材料各自的最佳特性，又具有組合后的新特性。熱固性玻璃鋼＝熱固性樹脂＋玻璃纖維。熱固性玻璃鋼：強度高于熱固性樹脂。從古至今沿用的稻草增強粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復合而成。比強度和比模量高。復合材料的比模量大，故自振頻率也高，可避免構(gòu)件在工作狀態(tài)下產(chǎn)生共振。高、低溫性能好（1500℃，-180℃）。將元素B用蒸汽沉積的方法沉積到耐熱金屬絲－纖芯（鎢絲）上制得的一種復合纖維。密度小，比強度、比彈性模量高。優(yōu)良的抗疲勞性、耐蝕性、絕緣性和加工性，且價格便宜。是一種高熔點、高強度、高模量的陶瓷纖維，主要用于增強金屬和陶瓷。優(yōu)良的高溫強度，在1100℃時強度仍高達2100MPa。增強顆粒大小會直接影響增強效果：。第三節(jié)常用復合材料第八頁，共四十八頁。復合材料制防彈衣9精品PPT·值得借鑒第九頁，共四十八頁。特點復合材料既保持組成材料各自的最佳特性，又具有組合后的新特性。10精品PPT·值得借鑒第十頁，共四十八頁。例1：熱固性玻璃鋼＝熱固性樹脂＋玻璃纖維熱固性玻璃鋼：強度高于熱固性樹脂脆性低于玻璃纖維11精品PPT·值得借鑒第十一頁，共四十八頁。泥土＋稻草水泥＋鋼筋例2：建筑材料（復合材料的應(yīng)用）復合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草增強粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復合而成。12精品PPT·值得借鑒第十二頁，共四十八頁。一、復合材料的分類復合材料種類繁多，目前尚無統(tǒng)一的分類方法。按基體相的性質(zhì)分金屬基復合材料非金屬基復合材料鋁基復合材料鈦基復合材料銅基復合材料塑料基復合材料橡膠基復合材料陶瓷基復合材料13精品PPT·值得借鑒第十三頁，共四十八頁。按增強相的形態(tài)分纖維增強塑料（玻璃鋼）纖維增強橡膠（輪胎）纖維增強陶瓷纖維增強金屬金屬陶瓷彌散強化金屬纖維增強復合材料顆粒增強復合材料疊層復合材料雙層金屬復合材料三層復合材料14精品PPT·值得借鑒第十四頁，共四十八頁。纖維增強復合材料顆粒增強復合材料疊層復合材料15精品PPT·值得借鑒第十五頁，共四十八頁。二、復合材料的性能特點比強度和比模量高纖維增加材料的比強度及比模量遠高于金屬材料，特別是碳纖維－環(huán)氧樹脂復合材料比強度是鋼的8倍，比模量是鋼的4倍。抗疲勞和破斷安全性好纖維增強復合材料對缺口及應(yīng)力集中的敏感性小，纖維與基體界面能阻止疲勞裂紋的擴展，改變裂紋擴展的方向。16精品PPT·值得借鑒第十六頁，共四十八頁。高溫性能優(yōu)良大多數(shù)增強纖維在高溫下仍保持高的強度，如鋁合金在400℃時彈性模量已降至近于0，而碳纖維增強后，在此溫度下強度和彈性模量基本未變。減振性能好復合材料的比模量大，故自振頻率也高，可避免構(gòu)件在工作狀態(tài)下產(chǎn)生共振。纖維與基體界面有吸收振動能量的作用，所以纖維增強復合材料具有很好的減振性能。17精品PPT·值得借鑒第十七頁，共四十八頁。第二節(jié)增強材料及其增強機制復合材料是一種由基體matrix和增強相reinforcedphase組成的多相材料，通?；w為連續(xù)相，而增強相為分散相。復合材料基體增強相金屬材料、高分子材料、陶瓷材料顆粒增強材料、纖維增強材料、片狀增強材料18精品PPT·值得借鑒第十八頁，共四十八頁。一、增強材料增強效果最明顯、應(yīng)用最廣。主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、硼纖維、碳化硅纖維和氧化鋁纖維等（一）纖維增強材料19精品PPT·值得借鑒第十九頁，共四十八頁。玻璃纖維由熔融玻璃經(jīng)拉絲制成纖維；密度2.4～2.7，與鋁相近，彈性模量低于金屬，但比強度和比模量高；耐熱性好，軟化溫度550～580℃；耐蝕性好，除氫氟酸、濃堿、濃磷酸外，對其它溶劑有良好的化學穩(wěn)定性；不吸水、不燃燒、尺寸穩(wěn)定、隔熱、吸聲、絕緣、透過電磁波等；制取方便，價格便宜，是應(yīng)用最廣的增強纖維。20精品PPT·值得借鑒第二十頁，共四十八頁。碳纖維將有機纖維（如粘膠纖維、聚丙烯腈纖維、瀝青纖維等）在惰性氣氛中經(jīng)高溫碳化而制成wC>90%以上的纖維；密度低、強度和模量高；高、低溫性能好（1500℃，-180℃）；化學穩(wěn)定性高，能耐濃鹽酸、硫酸、磷酸、苯、丙酮等；熱脹系數(shù)小，熱導率高，導電性、自潤滑性好；缺點：脆性大，易氧化，與基體結(jié)合力差。21精品PPT·值得借鑒第二十一頁，共四十八頁。硼纖維將元素B用蒸汽沉積的方法沉積到耐熱金屬絲－纖芯（鎢絲）上制得的一種復合纖維；熔點高（2300℃）；強度、彈性模量高；良好的耐蝕性；缺點：密度較大，直徑較粗，生產(chǎn)工藝復雜，成本高；不及玻璃纖維和碳纖維應(yīng)用廣泛。22精品PPT·值得借鑒第二十二頁，共四十八頁。芳綸纖維亦稱Kevlar纖維，是一種將聚合物溶解在溶劑中，再經(jīng)紡絲制成的芳香族聚酰胺類纖維；密度小，比強度、比彈性模量高；抗拉強度比玻璃纖維高45％，韌性好；耐熱性好，能在290℃下長期作用；優(yōu)良的抗疲勞性、耐蝕性、絕緣性和加工性，且價格便宜。23精品PPT·值得借鑒第二十三頁，共四十八頁。碳化硅纖維是以鎢絲或碳纖維作纖芯，通過氣相沉積法而制得；或用聚碳硅烷紡紗，經(jīng)燒結(jié)而得；是一種高熔點、高強度、高模量的陶瓷纖維，主要用于增強金屬和陶瓷；優(yōu)良的高溫強度，在1100℃時強度仍高達2100MPa。24精品PPT·值得借鑒第二十四頁，共四十八頁。主要增強顆粒為陶瓷顆粒，如Al2O3、SiC、Si3N4、WC、TiC、B4C及石墨等；陶瓷顆粒性能好、成本低，易于批量生產(chǎn)；在聚合物中添加不同的填料，構(gòu)成以填料為分散相、聚合物為連續(xù)相的復合材料，可改善制品的力學性能、耐磨性能、耐熱性能、導電性能、導磁性能、耐老化性能等。（二）顆粒增強材料25精品PPT·值得借鑒第二十五頁，共四十八頁。二、增強機制纖維是具有強結(jié)合鍵的物質(zhì)或硬質(zhì)材料；纖維處于基體中，表面受到基體的保護不易損傷，也不易在受載過程中產(chǎn)生裂紋，承載能力增大；（一）纖維增強

增強機制26精品PPT·值得借鑒第二十六頁，共四十八頁。當材料受到較大應(yīng)力時，一些有裂紋的纖維可能斷裂，但基體能阻礙裂紋擴展并改變裂紋擴展方向。纖維斷裂裂紋擴展方向27精品PPT·值得借鑒第二十七頁，共四十八頁。顆粒增強復合是將增強顆粒高度彌散地分布在基體中，基體承受載荷，而增強顆粒阻礙導致基體塑性變形的位錯運動（金屬基體）或分子鏈運動（高聚物基體）。增強顆粒大小會直接影響增強效果：d過大（>0.1μm）易引起應(yīng)力集中而降低強度；d過?。?lt;0.01μm）則接近于固溶體結(jié)構(gòu)，不起顆粒增強作用。一般顆粒直徑為d=0.01~0.1μm。（二）顆粒增強28精品PPT·值得借鑒第二十八頁，共四十八頁。第三節(jié)常用復合材料塑料基復合材料金屬基復合材料橡膠基復合材料陶瓷基復合材料29精品PPT·值得借鑒第二十九頁，共四十八頁。一、塑料基復合材料作為機械工程材料，塑料的最大優(yōu)點是密度小、耐腐蝕、可塑性好、易于加工成型。缺點：強度低、彈性模量低、耐熱性差。改善的方法：復合材料，主要是增強。30精品PPT·值得借鑒第三十頁，共四十八頁。使用最廣泛的是纖維增強塑料。按纖維的性質(zhì)可以把塑料基復合材料分為：玻璃纖維增強塑料碳纖維增強塑料硼纖維增強塑料碳化硅纖維增強塑料Kevlar纖維增強塑料基體材料：熱固性塑料、熱塑性塑料31精品PPT·值得借鑒第三十一頁，共四十八頁。（一）玻璃纖維增強塑料俗稱玻璃鋼。按照塑料的性質(zhì)可以分為：熱塑性玻璃鋼熱固性玻璃鋼32精品PPT·值得借鑒第三十二頁，共四十八頁。1、熱塑性玻璃鋼由體積分數(shù)為20～40%的玻璃纖維與60～80%的熱塑性樹脂組成。具有高強度和高沖擊韌性，良好的低溫性能及低的熱脹系數(shù)。33精品PPT·值得借鑒第三十三頁，共四十八頁。2、熱固性玻璃鋼由體積分數(shù)為60～70%的玻璃纖維與30～40%的熱固性樹脂組成。主要特點：密度小、強度高、比強度超過一般的高強鋼，耐腐蝕、絕緣、絕熱等。但彈性模量低，在300℃以下使用。主要用于制造自重輕的受力構(gòu)件和要求無磁性、絕緣、耐腐蝕的零件。34精品PPT·值得借鑒第三十四頁，共四十八頁。（二）碳纖維增強塑料

組成由碳纖維與聚脂、酚醛、環(huán)氧、聚四氟乙烯等樹脂組成的復合材料。優(yōu)點低密度、高強度、高彈性模量、高比強度和比模量。優(yōu)良的抗疲勞性能、耐沖擊性能、自潤滑性、減摩耐磨性、耐腐蝕和耐熱性。35精品PPT·值得借鑒第三十五頁，共四十八頁。

缺點碳纖維和基體結(jié)合強度低，各向異性嚴重。應(yīng)用性能優(yōu)于玻璃鋼，主要用于航天和航空工業(yè)中制作飛機機身，螺旋漿，發(fā)電機的護環(huán)材料等。36精品PPT·值得借鑒第三十六頁，共四十八頁。（三）硼纖維增強塑料

組成由硼纖維與環(huán)氧、聚酰亞胺等樹脂組成的復合材料。特點高比強度和比模量；良好的耐熱性；缺點是各向異性嚴重37精品PPT·值得借鑒第三十七頁，共四十八頁。

應(yīng)用

主要用于航天和航空工業(yè)中要求高剛度的構(gòu)件，如飛機機身，機翼等。38精品PPT·值得借鑒第三十八頁，共四十八頁。（四）碳化硅纖維增強塑料

組成由碳化硅纖維與環(huán)氧樹脂組成的復合材料。特點高比強度和比模量；抗拉強度接近碳纖維—環(huán)氧樹脂復合材料，但抗壓強度是其兩倍；碳化硅—環(huán)氧樹脂復合材料是一種很具有發(fā)展前途的新型材料。39精品PPT·值得借鑒第三十九頁，共四十八頁。

應(yīng)用

主要用于宇航器上的結(jié)構(gòu)，比金屬輕30%。還可以制作飛機的門、降落傳動裝置、機翼等等。40精品PPT·值得借鑒第四十頁，共四十八頁。（五）Kevlar纖維增強塑料

組成由Kevlar纖維與環(huán)氧、聚乙烯、聚碳酸脂、聚脂等樹脂組成的復合材料。特點最常用的是Kevlar纖維—環(huán)氧樹脂復合材料；抗拉強度高于玻璃鋼，與碳纖維—環(huán)氧樹脂復合材料相近；延性好，與金屬相似；具有優(yōu)良的疲勞抗力和減振性。41精品PPT·值得借鑒第四十一頁，共四十八頁。主要用于制作飛機機身、雷達天線罩、火箭發(fā)動機外殼、快艇等。

應(yīng)用42精品PPT·值得借鑒第四十二頁，共四十八頁。復合材料在波音飛機上的應(yīng)用43精品PPT·值得借鑒第四十三頁，共四十八頁。二、金屬基復合材料目前是機械工程中用量最大的一類材料。塑性，韌性，硬度，彈性模量比較高。但仍不能滿足要求，一直在改進。44精品PPT·值得借鑒第四十四頁，共四十八頁。主要應(yīng)用的金屬基復合材料：纖維增強金屬基復合材料顆粒增強金屬基復合材料塑料—金屬多層復合材料45精品PPT·值得借鑒第四十五頁，共四十八頁。三、橡膠基復合材料橡膠具有彈性高，減振性好，熱導率低，絕緣等優(yōu)點，但強度和彈性模量低，耐磨性差。為了改善橡膠制品的性能，可以用增強纖維或粒子與其復合。制備纖維增強橡膠和粒子增強橡膠制品