《機(jī)械工程材料1機(jī)械工程材料1第十一章復(fù)合材料》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械工程材料1機(jī)械工程材料1第十一章復(fù)合材料（22頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、l 復(fù) 合 材 料 是 由 兩種 或 兩 種 以 上 化學(xué) 性 質(zhì) 或 組 織 結(jié)構(gòu) 不 同 的 材 料 組合 而 成 的 材 料 。 復(fù)合材料船體 l 復(fù) 合 材 料 是 多 相 材 料 ， 主 要 包 括 基 體 相 和 增 強(qiáng) 相 。l 基 體 相 是 一 種 連 續(xù) 相 ， 它 把 改 善 性 能 的 增 強(qiáng) 相 材 料 固l 結(jié) 成 一 體 ， 并 起傳 遞 應(yīng) 力 的 作 用 。l 增 強(qiáng) 相 起 承 受 應(yīng)力 （ 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 合 材料 ） 和 顯 示 功 能(功 能 復(fù) 合 材 料 )的 作 用 。 l 一 、 復(fù) 合 材 料 的 分 類l 1、 按 基 體 材 料 分 類 ，

2、可 分 為 聚 合物 基 、 陶 瓷 基 和 金 屬 基 復(fù) 合 材 料 。l 2、 按 增 強(qiáng) 相 形 狀 分 類 ， 可 分 為 纖維 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料 、 粒 子 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材料 和 層 狀 復(fù) 合 材 料 。l 3、 按 復(fù) 合 材 料 的 性 能 分 類 ， 可 分為 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 合 材 料 和 功 能 復(fù) 合 材 料 。 SiC顆 粒Al 2O3片Al2O3纖 維 增強(qiáng)相三種類型 l 二 、 復(fù) 合 材 料 的 特 點(diǎn)l 1、 比 強(qiáng) 度 和 比 模 量 高 其 中 纖維 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料 的 最 高 。 l 2、 抗 疲 勞 性 能 好 碳 纖 維 增 強(qiáng)材 料

3、 -1可 達(dá) b的 7080%。 因 纖維 對 疲 勞 裂 紋 擴(kuò) 展 有 阻 礙 作 用 。l 3、 減 振 性 能 良 好 復(fù) 合 材 料 中的 大 量 界 面 對 振 動 有 反 射 吸 收作 用 ， 不 易 產(chǎn) 生 共 振 。 l 4、 高 溫 性 能 好 。 比強(qiáng)度比較碳纖維 樹脂 硼纖維 樹脂 玻璃纖維 樹脂 鈦 鋼 鋁 第 二 節(jié) 粒 子 與 層 狀 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料 l 一 、 粒 子 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料l 粒 子 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料 是 將 粒 子高 度 彌 散 地 分 布 在 基 體 中 ，使 其 阻 礙 導(dǎo) 致 塑 性 變 形 的 位錯 運(yùn) 動 (金 屬 基

4、 體 )和 分 子 鏈運(yùn) 動 (聚 合 物 基 體 )。l 這 種 復(fù) 合 材 料 是 各 向 同 性 的 。 衛(wèi) 星 用 顆 粒 增 強(qiáng) 鋁基 復(fù) 合 材 料 零 件 l 聚 合 物 基 粒 子 復(fù) 合 材 料 如 酚醛 樹 脂 中 摻 入 木 粉 的 電 木 、碳 酸 鈣 粒 子 改 性 熱 塑 性 塑 料的 鈣 塑 材 料 (合 成 木 材 )等 。l 陶 瓷 基 粒 子 復(fù) 合 材 料 如 氧 化鋯 增 韌 陶 瓷 等 。 粒 子 增 強(qiáng) SiC陶 瓷 基 復(fù) 合 材 料 顆 粒 增 強(qiáng) 鋁 基 泡 沫 復(fù) 合 材 料 碳 黑 增 強(qiáng) 橡 膠 l 金 屬 基 粒 子 復(fù) 合 材 料 又

5、 稱金 屬 陶 瓷 ， 是 由 鈦 、 鎳 、鈷 、 鉻 等 金 屬 與 碳 化 物 、氮 化 物 、 氧 化 物 、 硼 化 物等 組 成 的 非 均 質(zhì) 材 料 。l 碳 化 物 金 屬 陶 瓷 作 為 工 具材 料 已 被 廣 泛 應(yīng) 用 ， 稱 作硬 質(zhì) 合 金 。 硬 質(zhì) 合 金 通 常以 Co、 Ni作 為 粘 結(jié) 劑 ，WC、 TiC等 作 為 強(qiáng) 化 相 。 硬 質(zhì) 合 金 組 織 (Co+WC) l 硬 質(zhì) 合 金 主 要 有 鎢 鈷(YG)和 鎢 鈷 鈦 (YT)兩 類 。 牌 號 中 ， YG后 的 數(shù) 字 為 含 Co量 ，YT后 的 數(shù) 字 為 碳 化鈦 含 量 。l

6、 硬 質(zhì) 合 金 硬 度 極 高 ，且 熱 硬 性 、 耐 磨 性 好 ，一 般 做 成 刀 片 ， 鑲 在刀 體 上 使 用 。 硬 質(zhì) 合 金 模 具 硬 質(zhì) 合 金 軸 承 刀 具 l 二 、 層 狀 復(fù) 合 材 料l 層 狀 復(fù) 合 材 料 是 指 在基 體 中 含 有 多 重 層 片狀 高 強(qiáng) 高 模 量 增 強(qiáng) 物的 復(fù) 合 材 料 。l 這 種 材 料 是 各 向異 性 的 (層 內(nèi) 兩維 同 性 )。 如 碳化 硼 片 增 強(qiáng) 鈦 、膠 合 板 等 。 層 狀 陶 瓷 復(fù) 合 材 料 斷 口 形 貌三 明 治 復(fù) 合 l 雙 金 屬 、 表 面 涂 層 等 也 是 層 狀 復(fù)

7、合 材 料 。l 結(jié) 構(gòu) 層 狀 材 料 根 據(jù) 材 質(zhì) 不 同 ， 分 別 用 于 飛 機(jī) 制 造 、運(yùn) 輸 及 包 裝 等 。 有 TiN涂 層 的高 爾 夫 球 頭 層狀復(fù) 合 鋁合金蜂窩夾層板 l 纖 維 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料 是 指 以 各 種 金 屬 和 非 金 屬 作 為 基體 ， 以 各 種 纖 維 作 為 增 強(qiáng) 材 料 的 復(fù) 合 材 料 。l 一 、 纖 維 增 強(qiáng) 復(fù) 合 原 則l 在 纖 維 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料 中 ， 纖 維 是 材 料主 要 承 載 組 分 ， 其 增 強(qiáng) 效 果 主 要 取 決于 纖 維 的 特 征 、 纖 維 與 基 體 間 的 結(jié) 合強(qiáng)

8、 度 、 纖 維 的 體 積 分 數(shù) 、 尺 寸 和 分 布 。 碳纖維 l 1、 彈 性 模 量 及 強(qiáng) 度l 外 力 方 向 與 纖 維 軸 向 相 同 時 ， c= f = m (f-纖 維 、 m-基 體 、 c-復(fù) 合 材 料 )， 則 mmffcmmffc VEVEEVV , ffmmcfmc VV ,當(dāng) 外 力 垂 直 于 纖 維 軸 向 時 ， 則 m yfycdL 22、 纖 維 的 臨 界 長 徑 比 mfu mm ufcV 3、 纖 維 最 小 體 積 分 數(shù) l 纖 維 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料 的 強(qiáng) 度 和 剛 性 與 纖 維 方 向 密 切 相 關(guān) 。l 纖 維 無

9、 規(guī) 排 列 時 ， 能 獲 得 基 本 各 向 同 性 的 復(fù) 合 材 料 。均 一 方 向 的 纖 維 使 材 料 具 有 明 顯 的 各 向 異 性 。 纖 維 采用 正 交 編 織 ， 相 互 垂 直 的 方 向 均 具 有 好 的 性 能 。 纖 維采 用 三 維 編 織 ， 可 獲 得 各 方 向 力 學(xué) 性 能 均 優(yōu) 的 材 料 。 纖 維 在 基 體 中 的 不 同 分 布 方 式 l 二 、 纖 維 的 種 類 和 性 能l 1、 玻 璃 纖 維 ： 用 量 最 大 、價 格 最 便 宜 。l 2、 碳 纖 維 ： 化 學(xué) 性 能 與 碳相 似 。l 3、 硼 纖 維 ：

10、耐 高 溫 、 強(qiáng) 度 、彈 性 模 高 。l 4、 金 屬 纖 維 ： 成 絲 容 易 、彈 性 模 量 高 。 l 5、 陶 瓷 纖 維 ： 用 于 高 溫 、高 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料 。 玻 璃 纖 維碳 纖 維 SiC纖 維 l 6、 芳 香 族 聚 酰 胺 纖 維 : 強(qiáng) 度 、 彈性 模 量 高 ， 耐 熱 。 l 7、 聚 乙 烯 纖 維 : 韌 性 極 好 ， 密 度非 常 小 。 l 8、 晶 須 ： 是 直 徑 小 于 30m， 長度 只 有 幾 毫 米 的 針 狀 單 晶 體 ， 斷面 呈 多 角 形 , 是 一 種 高 強(qiáng) 度 材 料 。l 分 為 金 屬 晶 須 和 陶

11、 瓷 晶 須 。 金 屬晶 須 中 , Fe晶 須 已 投 入 生 產(chǎn) 。 工 業(yè)生 產(chǎn) 的 陶 瓷 晶 須 主 要 是 SiC晶 須 。 SiC晶 須 l 三 、 聚 合 物 基 纖 維 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料l 通 常 用 碳 纖 維 、 玻 璃 纖 維 和 芳 綸 纖 維 增 強(qiáng) 高 分 子 材 料 。 l 這 類 復(fù) 合 材 料 的 性 能 較 環(huán) 氧 樹 脂 等 基 體 有 大 幅 度 的 提高 ， 比 強(qiáng) 度 也 高 得 多 。 材 料 種 類 縱 向 抗 拉 強(qiáng) 度 MPa 縱 向 彈 性 模 量 GPa環(huán) 氧 樹 脂 69 6.9環(huán) 氧 樹 脂 /E級 玻 璃 纖 維 1020

12、 45環(huán) 氧 樹 脂 /碳 纖 維 （ 高 彈 性 ） 1240 145環(huán) 氧 樹 脂 /芳 綸 纖 維 （ 49） 1380 76 環(huán) 氧 樹 脂 /硼 纖 維 （ 70%Vf） 1400-2100 210-280 聚 合 物 基 纖 維 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料 零 件 芳 綸 剎 車 片碳 纖 維 增 強(qiáng) 聚 酰 亞 胺 復(fù) 合 材 料 制 航 空發(fā) 動 機(jī) 高 溫 構(gòu) 件 美 國 F/A-18殲 擊 機(jī) 美 UH 60A型 直 升 飛 機(jī) l 四 、 纖 維 增 強(qiáng) 金 屬 基 復(fù) 合 材 料l 金 屬 的 熔 點(diǎn) 高 ， 故 高 強(qiáng) 度 纖 維 增 強(qiáng) 后 的 金 屬 基 復(fù) 合材 料

13、 （ MMC） 可 以 使 用 在 較 高 溫 的 工 作 環(huán) 境 之 下 。l 常 用 的 基 體 金 屬 材 料 有 鋁 合 金 、 鈦 合 金 和 鎂 合 金 。l 作 為 增 強(qiáng) 體 的 連 續(xù) 纖維 主 要 有 硼 纖 維 、SiC和 C纖 維 ； Al2O3纖 維 通 常 以 短 纖 維 的形 式 用 于 MMC中 。 l MMC雖 強(qiáng) 度 和 彈 性 模 量 （ 剛 度 ） 增 加 ， 但 塑 性 和 韌性 因 使 用 陶 瓷 纖 維 而 有 所 降 低 。 這 在 一 定 程 度 上 限制 了 MMC的 應(yīng) 用 范 圍 。 航 天 飛 機(jī) 內(nèi)MMC (Al / B纖 維 )桁

14、架 l 五 、 纖 維 增 強(qiáng) 陶 瓷 復(fù) 合材 料l 陶 瓷 材 料 耐 熱 、 耐 磨 、 耐 蝕 、抗 氧 化 ， 但 韌 性 低 、 難 加 工 。在 陶 瓷 材 料 中 加 入 纖 維 增 強(qiáng) ，能 大 幅 度 提 高 強(qiáng) 度 ， 改 善 韌性 ， 并 提 高 使 用 溫 度 。l 陶 瓷 中 增 韌 纖 維 受 外 力 作 用 ，因 拔 出 而 消 耗 能 量 ， 耗 能 越多 材 料 韌 性 越 好 。 C/C復(fù) 合 材 料 l 用 晶 須 作 為 增 強(qiáng) 相 可 以 顯 著 提 高 復(fù) 合 材 料 的 強(qiáng) 度和 彈 性 模 量 ， 但 因 為 價 格 昂 貴 ， 目 前 僅 在 少 數(shù) 宇航 器 件 上 采 用 。 現(xiàn) 在 發(fā) 現(xiàn) ， 晶 須 (如 SiC 和 Si3N4)能 起 到 陶 瓷 材 料 增 韌 的 作 用 。 ZnO晶 須 自 增 韌 Si3N4陶 瓷