复合材料概论

复合材料：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料碳/碳界面层结构：碳纤维（各种碳组织）增强碳（石墨化的树脂碳、CVD碳）形成符合材料时碳纤维与碳通过吸附等作用在碳组织及增强碳之间形成的表面薄层热塑性聚合物基体：具有线型或支链型结构的一类有机高分子化合物，可以反复受热软化（或熔化），冷却后变硬CVD-C：化学气相沉积形成的碳纤维或碳组织TOGCVD：化学气相沉积法非氧化物陶瓷不含氧的有哪些？不含氧的氮化物、碳化物、硼化物、硅化物石墨化分类复合材料的分类（按功能）：结构复合材料、功能复合材料气相沉积工艺：均热法、热梯度法、压差法、脉冲法气相沉积工艺过程温度梯度法：在预成型体的内外侧壁间形成温度差，径向上形成温度梯度，前驱气体从预成型体的低温面流入，扩散进入预成型体的空隙内，前驱气体沿径向扩散过程中逐步预热，在高温的热解区热解沉积，随着沉积过程进行预成型体的高温区被致密化，热解沉积区由高温区域向低温区域逐级迁移，呈放射状向外推进压力梯度法：沿胚体厚度方向造成一定的压力差，反应气体被强行通过多孔胚体，在胚体上快速均匀的沉积。金属基复合材料与合金材料有什么区别？金属基复合材料属于复合材料，金属基复合材料是以金属或合金为连续相，与颗粒，晶须或纤维形式的第二相组成的复合材料。利用复合技术使两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的材料结合而成。而合金是多种金属或金属与非金属在熔融状态下混合均匀而成的一种混合物。它们之间的结合是在原子层级，想要再分离开始很不容易的。金属基复合材料的基体材料按照基体的类型，金属基复合材料可分为：铝基，镍基，钛基，镁基，铁基等基体的作用：固结增强体，传递和承受各种载荷（力，热，电）的作用金属基复合材料的结合形式：机械结合、溶解和浸润结合、反应结合、交换反应结合、氧化物结合、混合结合金属基复合材料的基体选择原则1.金属基复合材料的使用要求2.金属基复合材料的组成特点3.基体金属与增强体的相容性连续纤维增强铝基复合材料的制备方法熔融浸润法：用液态铝及铝合金浸润纤维束或将纤维束通过液态铝合金熔池，使每根纤维被熔融金属润湿后除去多余的金属而得到复合丝，再经挤压而制得复合材料。加压铸造法：将熔融铝或铝合金强制压入内置纤维预制件的固定模腔，压力一直施加到凝固结束。扩散粘结法：将铝箔与经表面处理后浸润铝液的纤维丝或复合丝或单层板按规定的次序叠层，在真空或惰性气体条件下经高温加压扩散粘结成型得到铝基复合材料。金属基复合材料制造中的关键技术问题1．在高温下易发生不利的化学反应尽量缩短高温加工时间，使增强材料与基体界面反应降至最低温度；通过提高工作压力使增强材料与基体浸润速度加快；采用扩散粘接法可有效地控制温度并缩短时间。2．增强材料与基体润湿性差加入合金元素，优化基体组分，改善基体对增强材料的润湿性，常用的合金元素有钛、锆、铌、铈等；对增强材料进行表面处理，涂覆一层可抑制界面反应的涂层，可有效改善其润湿性。表面涂层涂覆方法很多，如化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶和电镀或化学镀等。3．如何使增强材料按所需方向均匀的分布于基体中对增强材料进行适当的表面处理，使其浸渍基体速度加快；加入适当的合金元素改善基体的分散性；施加适当的压力，使基体分散性增大。目前国际上制备TiMMC及其构件的主要方法有:箔一纤维(foil-fiber)法浆料带铸造(slurrytapecasting)法等离子喷涂(plasmasplay)法纤维涂层(matrixcoatedfiber)法陶瓷及复合材料的基体：硅酸盐材料、碳化硅、氮化硅、氧化铝等目前采用的纤维增强陶瓷基复合材料的成型主法主要有以下几种：1．泥浆烧铸法这种方法是在陶瓷泥浆中分散纤维。然后浇铸在石膏模型中。这种方法比较古老，不受制品形状的限制。但对提高产品性能的效果显著，成本低，工艺简单，适合于短纤维增强陶瓷基复合材料的制作。2．热压烧结法将特长纤维切短(3mm)，然后分散并与基体粉末混合，再用热压烧结的方法即可制得高性能的复合材料。这种方法中，纤维与基体之间的结合较好，是目前采用较多的方法。3.浸渍法这种方法适用于长纤维。首先把纤维编织成所需形状，然后用陶瓷泥浆浸渍，干燥后进行焙烧。浸渍法的优点是纤维取向可自由调节，如单向排布及多向排布等。浸渍法的缺点则是不能制造大尺寸的制品，而且所得制品的致密度较低。水泥基复合材料的纤维增强体：钢纤维，玻璃纤维，碳纤维聚丙烯纤维聚合物混凝土的种类：聚合物混凝土或树脂混凝土、聚合物浸渍混凝土、聚合物改性混凝土水泥定义：凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂，石等散粒或纤维材料牢固的胶结在一起的水硬性凝胶材料。混凝土定义：是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。制备聚合物混凝土常用的有机胶结剂：环氧树脂、不饱和聚酯树脂、呋喃树脂、苯乙烯单体等。玻璃纤维的结构：三维网络结构玻璃纤维的物理性能：表面呈光滑圆柱，比重较有机纤维大，较金属低，表面积大，拉伸强度高，随直径减小而增大，随长度增加而下降。延伸率比其他纤维低，弹性模量与铝相当，为普通钢的三分之一。耐磨性和耐折性差，导热性低而耐热性高，无碱纤维的电绝缘性比有碱纤维优越的多，透光性远不如玻璃。碳纤维的分类按纤维性能：高性能纤维、低性能纤维按原丝类型：聚丙烯腈基纤维、粘胶基碳纤维、沥青基碳纤维、木质素纤维基碳纤维、其他有机纤维基碳纤维按碳纤维功能：受力结构用碳纤维，耐焰碳纤维、活性碳纤维（吸附活性）、导电用碳纤维、润滑用碳纤维、耐磨用碳纤维碳纤维的制造原料：人造丝（粘胶纤维）、PAN纤维、沥青过程：拉丝、牵伸、稳定、碳化、石墨化碳纤维的力学性能：高比强度，高比模量，不发生屈服界面的形成及作用机理形成：第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润过程第二阶段是聚合物的固话过程作用机理：制作过程中形成完整的界面层，界面层是基体和纤维形成一个整体，并通过它传递应力玻璃纤维表面处理方法：后处理法、前处理法、迁移法聚合物基复合材料的含义及性能含义：聚合物基复合材料是一有机聚合物为基体，连续纤维为增强体材料组合而成的1.具有较高的比强度和比模量2.抗疲劳性能好3.减震性能好4.高温性能好5.安全性好6.可设计性强、成型工艺简单高强度、高模量纤维增强塑料高强度、高模量纤维增强塑料主要是指以环氧树脂为基体，以各种高强度、高模量的纤维作为增强材料的高强度、高模量纤维增强塑料特点：密度小、强度高、模量高和低的热膨胀系数；加工工艺简单；价格昂贵包括碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、硼纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料复合材料的层合板设计1.层合板设计的一般原则铺层定向原则均衡对称铺设原则铺层取向按承载选取原则铺层最下比例原则冲击载荷区设计原则防边缘分层破坏设计原则抗局部屈服设计原则连接区设计原则变厚度设计原则2.等代设计法：一般是指在载荷和使用环境不变的条件下，用相同形状的材料层合板来代替其他材料，并用原来材料的设计方法进行设计，以保证强度和刚度3.层合板排序设计法：基于某一类（即选定几种铺层角）或某几类层合板选取不同的定向层比所排成的层合板系列，以表格形式列出各个层合板在各种内力作用下的强度和刚度值，以及所需的层数，供设计选择不饱和聚酯树脂的固话及其工艺控制固话：凝胶阶段、定型阶段（硬化阶段）、熟化阶段（完全固化阶段）固化工艺控制：控制固化度是保证制品质量的重要条件之一，固化度（常用百分率表示）俞大，表明树脂的固化程度俞高，一般通过调控树脂胶液中固化剂含量和固化温度来实现。混杂复合材料的含义及种类含义：是指由两种后两种以上的增强体增强同一基体或多种基体而制成的复合材料种类：按基体分：金属基混杂复合材料，陶瓷基混杂复合材料，树脂基混杂复合材料，多种基体复合的混杂复合材料按增强体:混杂纤维复合材料，混杂颗粒复合材料、纤维和颗粒混杂复合材料混杂复合材料设计的基本程序混杂复合材料的结构设计原则1.结构设计的强度规范和准则①在使用载荷下不发生永久变形②结构件具有所要求的安全性③具有一定的安全寿命2.结构设计中的选材原则：力学性能、电学性能、耐环境性、匹配性、成形性、加工性、成本3.结构形式的选择原则①结构形式②各种结构的利弊③制造方法的选择混杂复合材料在航天、航空工业中的应用火箭发动机外壳、人造卫星（卫星天线、卫星摄像机天线、卫星蒙皮）、战略战术导弹、在战斗机上的应用、在直升机上的应用、在客机上的应用以上为个人总结归纳，希望对诸君有所帮助。祝大家考试顺利！