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先进复合材料的发展及展望演示课件.ppt

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6、 level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,先进复合材料的发展及展望,1,目录,先进复合材料的介绍,先进复合材料的发展,先进复合材料的发展前景,2,Part one,:先进复合材料的介绍,3,先进复合材料的介绍,先进复合材料,(ACM),:,专指可用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。目前主要指有较

7、高强度和模量的硼纤维、碳纤维、芳纶等增强的复合材料。,ACM,在航空航天等军事上的应用价值特别大。比如,军用飞机和卫星,要又轻又结实;军用舰船,要又耐高压又耐腐蚀。这些苛刻的要求,只有借助新材料技术才能解决。,ACM,具有质量轻,较高的比强度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀、导热、隔热、隔音、减振、耐高(低)温,独特的耐烧蚀性、透电磁波,吸波隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点。,4,先进复合材料的介绍,先进复合材料的分类:,聚合物基,复合材料:,基体是塑料,常使用的有尼龙、聚碳酸醋、聚乙烯、聚丙烯、环氧、酚醛有机硅树脂等品种。,金属基,复合材料:,是以金属及其合金为基体,与

8、一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。,无机非金属材料基复合材料,:,是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。,5,先进复合材料的介绍,先进复合材料的应用:,复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨,欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本,复合材料主要用于住宅建设,如卫浴设备等,此类产品在2000年的用量达7.5万吨,汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看,汽车,工业,是复合材料最大的用户,今后发展潜力仍十分巨大,目前还有

9、许多新技术正在开发中。例如,为降低发动机噪声,增加轿车的舒适性,正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板;为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求,发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求,必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时,随着近年来人们对环保问题的日益重视,高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。因而有人预言,21世纪是复合材料的时代。,6,Part two,:先进复合材料的发展,7,先进复合材料的发展,经过20世界60年代末期使用,树脂基高性能复合材料被用于飞机的承力结构,后又逐渐进入工业其他领域。70年代末

10、期发展出了用高强度、高模量的耐热碳纤维和陶瓷纤维与金属复合,特别是鱼轻金属复合,形成了金属基复合材料,克服了树脂基复合材料耐热性差、导热性低等缺点,已广泛应用于航空航天等高科技领域。80年代开始,逐渐出现了陶瓷复合材料。复合材料因其具有可设计的特点受到广泛的重视,因而发展极快。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨,年产值达1300亿美元以上。,8,Part three,:先进复合材料的发展前景,9,先进复合材料的发展前景,先进复合材料的发展前景:,低成本:,制造成本大约占复合材料之间总成本的,80%,左右,所以低成本复合材料技术的核心是低成本制造技术,。,高性能:,性能是评价材料的重要标

11、准,国防先进武器装备和国民经济高技术的发展,都要求进一步提高复合材料的性能,进一步提高比强度、比模量。,多功能化:,高技术的发展要求材料不再是单一的结构材料或功能材料,,成为未来发展的核心。,智能化:,智能材料与结构的出现是由于结构材料、功能材料和微电子工业的发展,是三者结合的产物。,未来的复合材料将更注重智能性。,10,先进复合材料的发展前景,低成本:,(,1,)自动化制造技术:,该技术可节省时间、速度较手工铺层提高,10,倍,且节省原材料,提高之间精度、质量,有效的降低了成本。,(,2,)以固化,/,共胶接为核心的大面积整体成型技术:,大面积整体成型课大大减少零件数目,减少紧固件数目,减轻

12、结构质量,降低连接和装配成本,从而有效的降低了总成本。,(,3,)罐外成型技术:,热压罐法成型时目前航空航天制件最主要的成型工艺方法,但其设备成本高、生产周期长、能源消耗大,故其生产成本高。为降低制造成本,人们在努力寻求热压罐外成型方法,。,11,先进复合材料的发展前景,高性能:,90年代先进复合材料大部分是采用T300 类型的碳纤维和环氧树脂件作为基体,这一类T300环氧复合材料的性能不能满足高技术发展的要求,特别是设计许用值较低,一般在3000LE,CAI也较低,一般在200MPa 以下。而高技术发展,例如:新一代战斗机和新一代战略核武器等,要求设计许用值达到6000LE左右,CAI值则要

13、求达到300MPa以上。碳纤维的性能是决定先进复合材料性能的关键因素。为此,各国都致力提高改进碳纤维性能,。,12,先进复合材料的发展前景,多功能化:,传统的材料科学与工程把材料划分为两大类,即结构材料与功能材料,多少年来一直根据这样的概念来研究与发展材料。高技术的发展要求材料不再是单一的结构材料或功能材料,航天高技术的发展要求由一种材料承担多种功能,包括:防热、抗核、承载、吸波、透波、隐身、减震、降噪等,这是实现战略核武器的小型化、轻质化、强突防和全天候的关键因素之一。因此,材料发展中的一种新趋势是结构材料和功能材料的互相渗透,即结构材料的功能化(例如,结构吸波材料)和功能材料的结构化(例如

14、热结构材料)。这就是材料发展中的综合集成。,13,先进复合材料的发展前景,智能化:,由材料、结构和电子互相融合而构成的智能材料与结构,是当今材料与结构高新技术发展的方向。随着智能材料与结构的发展还将出现一批新的学科与技术。包括:综合材料学、精细工艺学、材料仿生学、生物工艺学、分子电子学、自适应力学以及神经元网络和人工智能学等。智能材料与结构已被许多国家确认为必须重点发展的一门新技术,成为21 世纪复合材料一个重要发展方向,。,由材料、结构和电子互相融合而构成的智能材料与结构,是当今材料与结构高新技术发展的方向。随着智能材料与结构的发展还将出现一批新的学科与技术。包括:综合材料学、精细工艺学、材料仿生学、生物工艺学、分子电子学、自适应力学以及神经元网络和人工智能学等。智能材料与结构已被许多国家确认为必须重点发展的一门新技术,成为,21,世纪复合材料一个重要发展方向。,14,谢谢观赏,15,

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