复合材料总结.ppt

复合材料复合材料Composites一、复合材料概述一、复合材料概述二、复合材料分类二、复合材料分类三、复合材料的发展历史三、复合材料的发展历史四、复合材料的制作工艺四、复合材料的制作工艺五、五、金属基材料分析金属基材料分析六、复合材料的应用六、复合材料的应用七、复合材料今后的发展方向七、复合材料今后的发展方向八、产品设计八、产品设计目录目录复合材料概述复合材料概述 复合材料是指复合材料是指复合材料是指复合材料是指两种或两种以两种或两种以两种或两种以两种或两种以上不同化学性质或不同组织上不同化学性质或不同组织上不同化学性质或不同组织上不同化学性质或不同组织结构的材料，通过不同的工艺方法组成的多相材料。结构的材料，通过不同的工艺方法组成的多相材料。结构的材料，通过不同的工艺方法组成的多相材料。结构的材料，通过不同的工艺方法组成的多相材料。1 1、复合材料的定义、复合材料的定义复合材料概述复合材料概述2 2、复合材料中的、复合材料中的三大材料三大材料无机非金属材料有机高分子材料金属材料复合材料复合材料概述复合材料概述v三大材料：三大材料：金属金属无机非金属无机非金属有机高分子有机高分子v复合材料复合材料取长补短取长补短协同作用协同作用产生原来单一材料没有本身所没有的新性能产生原来单一材料没有本身所没有的新性能3、复合材料的主要特点、复合材料的主要特点6 6复合材料概述复合材料概述比强度和比刚度高比强度和比刚度高比强度和比刚度高比强度和比刚度高材料性能的各向异性和可设计性材料性能的各向异性和可设计性材料性能的各向异性和可设计性材料性能的各向异性和可设计性良好的抗疲劳性能良好的抗疲劳性能良好的抗疲劳性能良好的抗疲劳性能成型工艺好成型工艺好成型工艺好成型工艺好抗疲劳性能好抗疲劳性能好抗疲劳性能好抗疲劳性能好7 7复合材料概述复合材料概述4 4、复合材料的组成、复合材料的组成8 8复合材料概述复合材料概述主要取决于增强材料的主要取决于增强材料的主要取决于增强材料的主要取决于增强材料的性能性能性能性能、含量含量含量含量及及及及分布状况分布状况分布状况分布状况，基体基体基体基体材料材料材料材料的的的的性能性能性能性能、含量含量含量含量，以及它们之间的，以及它们之间的，以及它们之间的，以及它们之间的界面结合界面结合界面结合界面结合情况，作为情况，作为情况，作为情况，作为产品还与产品还与产品还与产品还与成型工艺成型工艺成型工艺成型工艺和和和和结构设计结构设计结构设计结构设计有关有关有关有关。因此，不论对哪一类复合材料，就是同一类复合材料因此，不论对哪一类复合材料，就是同一类复合材料因此，不论对哪一类复合材料，就是同一类复合材料因此，不论对哪一类复合材料，就是同一类复合材料的性能也不是一个定值，而只能给出其主要性能。的性能也不是一个定值，而只能给出其主要性能。的性能也不是一个定值，而只能给出其主要性能。的性能也不是一个定值，而只能给出其主要性能。5 5、影响复合材料性能的因素、影响复合材料性能的因素复合材料的分类复合材料的分类复合材料复合材料按复合形式及结构特点分按复合形式及结构特点分类类按增强体形态按增强体形态按基体类型分类按基体类型分类按使用性分类按使用性分类功能复合材料功能复合材料结构复合材料结构复合材料碳碳-碳复合材料碳复合材料金属基复合材料金属基复合材料树脂基复合材料树脂基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料混杂复合材料混杂复合材料颗粒复合材料颗粒复合材料层合复合材料层合复合材料纤维增强复合材料纤维增强复合材料连续纤维复合材料连续纤维复合材料短纤维（或晶须）复合材料短纤维（或晶须）复合材料颗粒复合材料颗粒复合材料编织物复合材料编织物复合材料复合材料的分类复合材料的分类复合材料的发展复合材料的发展历史历史复合材料的发展历史复合材料的发展历史vv古代近代先进复合材料古代近代先进复合材料vv天然复合材料天然复合材料竹、贝壳，树木和竹子：竹、贝壳，树木和竹子：竹、贝壳，树木和竹子：竹、贝壳，树木和竹子：纤维素和木质素的复合体纤维素和木质素的复合体纤维素和木质素的复合体纤维素和木质素的复合体 动物骨骼：动物骨骼：动物骨骼：动物骨骼：无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成 vv古代：使用古代：使用、效仿、效仿 半坡人草梗合泥筑墙，且延用至今半坡人草梗合泥筑墙，且延用至今半坡人草梗合泥筑墙，且延用至今半坡人草梗合泥筑墙，且延用至今漆器麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年漆器麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年漆器麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年漆器麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年敦煌壁画泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆敦煌壁画泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆敦煌壁画泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆敦煌壁画泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆 近现代：v第一代：第一代：1940年到年到1960年，玻璃纤维增强塑料年，玻璃纤维增强塑料v第二代：第二代：1960年到年到1980年，先进复合材料年，先进复合材料 1965年英国科学家研制出碳纤维年英国科学家研制出碳纤维 1971年美国杜邦公司开发出开芙拉年美国杜邦公司开发出开芙拉-49 1975年先进复合材料年先进复合材料“碳纤维增强、及开芙拉纤维增碳纤维增强、及开芙拉纤维增强环氧树脂复合材料强环氧树脂复合材料”用于飞机、火箭的主承力件上。用于飞机、火箭的主承力件上。v第三代：第三代：1980年到年到1990年，碳纤维增强金属基复合材年，碳纤维增强金属基复合材料料 以铝基复合材料的应用最为广泛。以铝基复合材料的应用最为广泛。v第四代：第四代：1990年以后，主要发展多功能复合材料，年以后，主要发展多功能复合材料，如智能复合材料和梯度功能材料等。如智能复合材料和梯度功能材料等。复合材料的发展历史复合材料的发展历史金属基材料分析金属基材料分析 以以金属金属或或合金合金为基体，并以为基体，并以纤维、晶须、纤维、晶须、颗粒颗粒等为增强体的复合材料。等为增强体的复合材料。金属基材料分析金属基材料分析一、金属基复合材料的定义一、金属基复合材料的定义二、金属基复合材料发展概况二、金属基复合材料发展概况金属基材料分析金属基材料分析 随着现代科学技术的飞速发展，人们对材料的要求越来越高。金属基复合材料是近几年来迅速发展起来的一种高技术的新型工程材料，它具有高的比刚度，比强度，优良的高温性能，低的热膨胀系数以及良好的耐磨、减摩性。由于其优良的加工、成型性能，明显的性能价格比之优势，在世界许多国家，如美国、英国、日本以及印度、巴西等对它的研究和应用开发正多层次大面积的展开。金属基材料分析金属基材料分析n n1、按增强材料形态分类n n纤维增强金属基复合材料n n颗粒和晶须增强金属基复合材料n n2、按金属基体分类n n铝基复合材料n n钛基复合材料n n镁基复合材料n n高温合金复合材料n n金属间化合物复合材料三、金属基复合材料的分类三、金属基复合材料的分类金属基材料分析金属基材料分析四、金属基复合材料与其他材料的比较四、金属基复合材料与其他材料的比较n n金属基复合材料相对于传统的金属材料来说，具有较高的比强度与比刚度；n n而与树脂基复合材料相比，它又具有优良的导电性与耐热性；n n与陶瓷基材料相比，它又具有高韧性和高冲击性能。金属基材料分析金属基材料分析五、金属基复合材料的优缺点五、金属基复合材料的优缺点n n优点：优点：n n 高比强度和高比模量n n 耐高温性好n n 导电导热n n 热膨胀系数小，尺寸稳定性好n n 耐磨性与阻尼性好n n 不吸湿、不老化、无放气污染金属基材料分析金属基材料分析n n缺点：缺点：n n 制造困难n n 难于形成理想的界面n n 加工困难n n 价格昂贵 五、金属基复合材料的优缺点五、金属基复合材料的优缺点金属基材料分析金属基材料分析六、金属基复合材料的制备工艺六、金属基复合材料的制备工艺分类：1 1）固态法：）固态法：真空热压扩散结合、超塑性成型/扩散结合、模压、热等静压、粉末冶金法。2 2）液态法：）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、半固态铸造。3 3）喷射成型法：）喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型。4 4）原位生长法。）原位生长法。金属基材料分析金属基材料分析七、金属基复合材料的应用七、金属基复合材料的应用 金属基复合材料的成功应用首先是在航空航天领域，如美国宇航局（NASA）采用硼-铝复合材料制造飞机中部20M长的货舱行桁架；Martin公司用TiB2颗粒增强铝制造机翼。近年来金属基复合材料已逐渐被用于要求更精密的关键零部件，英国航天公司从八十年代起研究用颗粒和晶须增强铝合金制造三叉戟导弹制导元件，美国DWA公司和英国BP公司已制造出专门用于飞机和导弹的复合材料薄板一型材，以及航空结构导槽等。金属基材料分析金属基材料分析七、金属基复合材料的应用七、金属基复合材料的应用 随复合材料研究的深入其应用范围也开始从军工（飞机、导弹零部件）扩展到民（汽车、摩托车、纺织、石油、化工等行业），尤其在制造领域有着十分广阔的应用前景。金属基材料分析金属基材料分析金属基复合材料的应用举例金属基复合材料的应用举例n n 1.1.硼硼/铝复合材料是美国铝复合材料是美国航天飞机使用的金属基复航天飞机使用的金属基复合材料。合材料。金属基材料分析金属基材料分析金属基复合材料的应用举例金属基复合材料的应用举例2.镁基复合材料（TiC_p/AZ91）TIG焊。金属基材料分析金属基材料分析3.银/铜/石墨/碳纤维复合材料是一种传统的电刷材料。金属基复合材料的应用举例金属基复合材料的应用举例金属基材料分析金属基材料分析金属基复合材料的应用举例金属基复合材料的应用举例4.武器由常规材料制成，据称达到重量要求不成问题，但如果要武器再减少几千克，就必须采用高强度钢和金属基复合材料。该武器配装三脚架使用，可实施半自动和全自动发射。OCSW采用弹链供弹，通过一个弹药适配器可实现左、右供弹。XM8基本型XM8狙击型2828复合材料的应用复合材料的应用2929 与传统材料与传统材料(如金属、木材、水泥等如金属、木材、水泥等)相比，复合材料相比，复合材料是一种新型材料。它具有许多优良的性能，并且其成本在是一种新型材料。它具有许多优良的性能，并且其成本在逐渐地下降，成型工艺的机械化、白动化程度也在不断地逐渐地下降，成型工艺的机械化、白动化程度也在不断地提高。团此，复合材料的应用领域日益广泛。提高。团此，复合材料的应用领域日益广泛。复合材料的应用复合材料的应用n n火箭发动机壳体火箭发动机壳体n n人造卫星人造卫星n n战略战术导弹战略战术导弹复合材料的应用复合材料的应用在航天技术中的应用在航天技术中的应用战斗机上的应用战斗机上的应用战斗机上的应用战斗机上的应用直升机上的应用直升机上的应用直升机上的应用直升机上的应用客机上的应用客机上的应用客机上的应用客机上的应用复合材料的应用复合材料的应用在航空技术的应用在航空技术的应用游艇游艇赛艇赛艇船舶工业中的应用船舶工业中的应用复合材料的应用复合材料的应用复合材料的应用复合材料的应用建筑设施的应用建筑设施的应用复合材料的应用复合材料的应用汽车工业的应用汽车工业的应用复合材料的应用复合材料的应用体育制品中的应用体育制品中的应用人体内部材料的应用人体内部材料的应用人体内部材料的应用人体内部材料的应用人体外部辅助材料的应用人体外部辅助材料的应用人体外部辅助材料的应用人体外部辅助材料的应用医疗设备材料的应用医疗设备材料的应用医疗设备材料的应用医疗设备材料的应用复合材料的应用复合材料的应用医疗领域中的应用医疗领域中的应用用于通用机械用于通用机械复合材料的应用复合材料的应用复合材料的应用复合材料的应用用于防护制品用于防护制品H2S分析仪分析仪甲烷浓度监测器甲烷浓度监测器一氧化碳气体报警器一氧化碳气体报警器 复合材料的应用复合材料的应用用于电子设备用于电子设备用于成型设备用于成型设备复合材料的应用复合材料的应用4141复合材料今后的发展方向复合材料今后的发展方向4242(1)(1)降低成本降低成本降低成本降低成本由于复合材料的性能优于传统材料，如能降由于复合材料的性能优于传统材料，如能降低复合材料的成本，其应用前景将是非常广阔的。低复合材料的成本，其应用前景将是非常广阔的。复合材料今后的发展方向复合材料今后的发展方向4343(2)高性能复合材料的研制高性能复合材料的研制 高性能复合材料是指具有高性能复合材料是指具有高强度高强度高强度高强度、高模量高模量高模量高模量、耐高温耐高温耐高温耐高温等特性等特性的复合材料。的复合材料。随着人类向太空发展，航空航天工业对高性能复合材料随着人类向太空发展，航空航天工业对高性能复合材料的需求量越来越大，而且也会提出更高的性能要求，如更高的需求量越来越大，而且也会提出更高的性能要求，如更高的强度要求、更高的耐温要求等。的强度要求、更高的耐温要求等。复合材料今后的发展方向复合材料今后的发展方向4444(3)功能性复合材料功能性复合材料 功能复合材料是指具有功能复合材料是指具有导电导电导电导电、超导超导超导超导、微波微波微波微波、摩擦摩擦摩擦摩擦、吸声吸声吸声吸声、阻尼阻尼阻尼阻尼、烧蚀烧蚀烧蚀烧蚀等功能的复合材料。等功能的复合材料。复合材料今后的发展方向复合材料今后的发展方向4545(4)智能复合材料智能复合材料 智能复合材料是指具有智能复合材料是指具有感知感知感知感知、识别识别识别识别及及处理能力处理能力处理能力处理能力的复合材料。的复合材料。在技术上是通过在技术上是通过传感器传感器传感器传感器、驱动器驱动器驱动器驱动器、控制器控制器控制器控制器来实现复合材料的来实现复合材料的上述能力。上述能力。例如，当用智能复合材料制造的飞机部件发生损伤时，例如，当用智能复合材料制造的飞机部件发生损伤时，可由埋入的传感器在线检测到该损伤，通过控制器决策后，可由埋入的传感器在线检测到该损伤，通过控制器决策后，控制埋入的形状记忆合金动作，在损伤周围产生压应力，从控制埋入的形状记忆合金动作，在损伤周围产生压应力，从而防止损伤的继续发展，大大提高了飞机的安全性能。而防止损伤的继续发展，大大提高了飞机的安全性能。复合材料今后的发展方向复合材料今后的发展方向4646(5)仿生复合材料仿生复合材料复合材料的设计从常规设计向仿生设计发展。复合材料的设计从常规设计向仿生设计发展。仿照竹子从表皮到内层纤维由密排到疏松的特点，仿照竹子从表皮到内层纤维由密排到疏松的特点，成功地制备出具有明显成功地制备出具有明显组织梯度组织梯度组织梯度组织梯度与与性能梯度性能梯度性能梯度性能梯度的新型梯度的新型梯度复合材料。复合材料。复合材料今后的发展方向复合材料今后的发展方向4747(6)(6)环保型复合材料环保型复合材料环保型复合材料环保型复合材料 从环境保护的角度看，目前的复合材料大多注重材料从环境保护的角度看，目前的复合材料大多注重材料性能和加工工艺性能，而在回收利用上存在与环境不相协性能和加工工艺性能，而在回收利用上存在与环境不相协调的问题。因此，开发、使用与环境相协调的复合材料，调的问题。因此，开发、使用与环境相协调的复合材料，是复合材料今后的发展方向之是复合材料今后的发展方向之。复合材料今后的发展方向复合材料今后的发展方向4848产品设计产品设计设计说明：设计说明：根据金属基材料的高比强度和高比模量、耐高温性好、热膨胀系数小，尺寸稳定性、耐磨性与阻尼性好、不吸湿、不老化、无放气污染的种种特性，设计出这个汽车排气管。汽车排气管汽车排气管产品设计产品设计5050THETHEENDEND