工程材料基础-第9章复合材料白背底

1、SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第九章第九章 复合材料复合材料COMPOSITE MATERIALS增强材料及其增强机制增强材料及其增强机制常用复合材料常用复合材料概述概述SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第一节第一节 概述概述OUTLINE复合材料的分类复合材料的分类复合材料的性能特点复合材料的性能特点SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINE

2、ERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY复合材料复合材料 用多种不同性质的材料，通过用多种不同性质的材料，通过不同的工艺方法人工合成的多相材料不同的工艺方法人工合成的多相材料5000BC015001900196019801990200020102020金金铜铜铁铁钢钢合金钢合金钢高温合金高温合金高分子高分子木材木材皮肤皮肤纤维纤维动物胶动物胶橡胶橡胶电木电木尼龙尼龙PEPCPSPPPAN聚酯聚酯高模聚合物高模聚合物导电高分子导电高分子复合材料复合材料金属基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料石材石材陶瓷陶瓷陶器陶器玻璃玻璃水泥水泥耐火材料耐火材料熔融硅熔

3、融硅耐湿陶瓷耐湿陶瓷韧性机械陶瓷韧性机械陶瓷SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 国际标准化组织 由两种或两种以上物理、化学性质完全 不同的材料，经某种手段（方法）制备 出的具有全新性能的材料 两块膨胀系数不同的板，贴在一起，加热后，会象膨胀量小的一方弯曲，加热后可以弯曲的性能就是新的性能。冷却后又可以变直SCHOOL OF MATERIALS SC

4、IENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY. 复合材料的发展简史复合材料的发展简史早期复合材料早期复合材料 草拌泥西安半坡村原始人遗址（仰韶文化）纤维复合材料的渊源芦苇，纸莎草加沥青或树胶制造小艇古埃及和美索不达米亚人（公元前3000年左右）玻璃钢船的前身木或竹片、动物的腱和鬃制作弓中国西周时期（公元前1000年）混杂复合材料的祖先SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY木乃伊尸体缠绕亚麻布，再浸渍天然树脂在矾土中加云母和砂粒来改进陶器性

5、能锡青铜表面涂覆一层硫化铜越王勾践的青铜剑古埃及干尸与现代的管道、压力容器、火箭壳体的缠绕成型工艺原来相同日本绳纹文化中期以后粒子增韧和强化陶瓷材料思想的萌芽中国春秋战国时期（距今2500年），1965年湖北江陵楚墓出土最早的包层复合材料SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY用细砂和虫胶制作磨刀石用砂石和火土灰制成混凝土用丝和麻增强大漆制作漆器印度人现代砂轮的前身，颗粒增强高分子材料埃及金字塔（公元前）颗粒增强复合材料中国古代（如湖南马王堆出土的漆器）手糊成型纤维增强复合材料 布底鞋中国民间

6、三向编织复合材料的雏形SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 一、复合材料的分类一、复合材料的分类 Classification of composite materials1）按基体分类 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子基复合材料2）按用途分按用途分 结构复合材料 功能复合材料3）按增强体类型、几何形态 连续增强体复合材料（有机长纤维 无机长纤维） 非连续增强体复合材料（颗粒、晶须、短纤维） 混杂增强复合材料4）按复合尺度 宏观复合材料(mm） 细观复合材料（m） 纳米复合材料（nm

7、） 分子、原子组装复合材料（）5）其他类型复合材料 自生增强体复合材料 仿生复合材料（结构仿生、功能仿生） 天然纤维复合材料SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY复合材料结构示意图复合材料结构示意图 a) 叠层复合材料叠层复合材料b) 、d) 纤维增强复合材料纤维增强复合材料c) 颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料按基体相性质按基体相性质金属基复合材料金属基复合材料非金属基复合材料非金属基复合材料纤维增强复合材料纤维增强复合材料颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料叠层复合材料叠层复合材料按增强相形

8、态按增强相形态SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY纤维增强复合材料任意位向短纤维连续长纤维非连续定向短纤维 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY颗粒增强复合材料与混杂增强复合材料颗粒增强复合材料混杂增强复合材料SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY玻璃SCHOOL OF MATERI

9、ALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 二、复合材料的性能特点二、复合材料的性能特点 Property characteristics of composite materials 1. 1. 比强度和比模量高比强度和比模量高SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY波音波音78778

10、7使用物料使用物料按重量：按重量：6161复合材料复合材料( (碳纤维碳纤维) )，2020铝铝，1111钛钛， 88钢钢按体积：占按体积：占787787全机物料的全机物料的8080均为复合物料。均为复合物料。 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2. 2. 抗疲劳和破断安全性好抗疲劳和破断安全性好三种材料的疲劳强度比较三种材料的疲劳强度比较 对缺口和应力集对缺口和应力集 中的敏感性小中的敏感性小 阻止疲劳裂纹扩阻止疲劳裂纹扩 展，或改变裂纹展，或改变裂纹 扩展路径扩展路径SCHOOL

11、OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 3. 3. 高温性能优良高温性能优良如，用碳纤维增强铝合金后，如，用碳纤维增强铝合金后，400时强度和弹时强度和弹性模量基本不变性模量基本不变 4. 4. 减振性能好减振性能好 结构自振频率结构自振频率材料比模量的平方根，避免构件材料比模量的平方根，避免构件 共振共振 纤维与基体界面吸收振动能量，使振动很快衰减纤维与基体界面吸收振动能量，使振动很快衰减SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTO

12、NG UNIVERSITY第二节第二节 增强材料及其增强材料及其增强机制增强机制ENHANCEMENT MATERIALS AND THEIR ENHANCEMENT MECHANISM增强材料增强材料增强机制简介增强机制简介SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 一、增强材料一、增强材料 Enhancement materials高强度碳纤维高强度碳纤维(型型) )高模量碳纤维高模量碳纤维( (型型) ) 1. 1. 纤维增强材料纤维增强材料SCHOOL OF MATERIALS SCIE

13、NCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY1) 1) 玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维的制造将玻璃小球熔化，将玻璃小球熔化，然后通过然后通过1mm左左右直径的小孔把右直径的小孔把它们拉出来它们拉出来另外，缠绕纤维另外，缠绕纤维的的心轴的转动速心轴的转动速度度决定纤维的直决定纤维的直径 ， 通 常 为径 ， 通 常 为10um的数量级的数量级玻璃球玻璃球玻璃球再熔化玻璃球再熔化连续纤维连续纤维上浆上浆纱线纱线绕线筒绕线筒SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVER

14、SITY为主的称为为主的称为SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 高抗拉强度。比块状玻璃高几十倍，比块状高强度高抗拉强度。比块状玻璃高几十倍，比块状高强度 合金钢还高合金钢还高 弹性模量较高。比一般金属低很多弹性模量较高。比一般金属低很多 耐热性较高。软化点为耐热性较高。软化点为550580，在该温度以下，在该温度以下 受热时强度不变受热时强度不变 良好的耐蚀性。除氢氟酸、浓碱、浓磷酸外，对其良好的耐蚀性。除氢氟酸、浓碱、浓磷酸外，对其 他溶剂有良好的化学稳定性他溶剂有良好的化学稳定性 不

15、吸水，不燃烧，尺寸稳定，隔不吸水，不燃烧，尺寸稳定，隔 热，吸声，绝缘，透过电磁波热，吸声，绝缘，透过电磁波 制取方便，价格便宜制取方便，价格便宜SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY几种纤维材料和金属材料的强度几种纤维材料和金属材料的强度SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY玻璃纤维拉伸强度与直径的关系玻璃纤维拉伸强度与直径的关系SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE A

16、ND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY密度g/cm3抗拉强度GPa拉伸模量100GPa比强度106N.m/kg比模量106N.m/kg无碱玻璃纤维2.553.400.711.3328高强度碳纤维（II）1.742.422.161.39124高模量碳纤维（I）2.002.233.751.12188Kevlar491.442.801.261.9488硼纤维2.362.753.821.17162SiC纤维（钨芯）2.693.434.801.28178钢丝7.744.202.000.5426钨丝19.404.104.100.2121钼丝10.202.203

17、.600.2235SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY2) 2) 碳纤维碳纤维200250 3001500 15002000 施加张力氧化脱水脱氢、碳化石墨化聚丙烯腈（PAN）制制 造造 方方 法法Pyrolysis（热解） of polyacrylonitrile (聚丙烯腈，PAN) to form carbon fibersSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY361.35石墨晶体

18、碳原子的价键性质SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 高高、低温性能好。低温性能好。1500以上惰性气体中强度不以上惰性气体中强度不 变，在变，在180 脆性也不增加脆性也不增加 化学稳定性高。耐浓盐酸、硫酸、苯、磷酸、丙酮化学稳定性高。耐浓盐酸、硫酸、苯、磷酸、丙酮 热膨胀系数小，导电，自润滑性好热膨胀系数小，导电，自润滑性好 脆性大，易氧化脆性大，易氧化 密度低。密度低。 1.332.0g/cm3 弹性模量高。弹性模量高。2.61054105MPaSCHOOL OF MATERIALS

19、 SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY3) 3) 硼纤维硼纤维1959年美国TELLY首先发表了用化学气相沉积法制造高性能硼纤维的论文，并受到了美国空军材料实验室的高度重视，积极推进硼纤维及其复合材料的研制。美国AVCO、TEXFROU公司是硼纤维的主要生产厂家SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY311012m钨基芯 1300 通电加热H H2 2 + BCl+ BCl3 3H H2 2 + HCl+ HCl气相沉积技术H

20、H2 2 + BCl+ BCl3 3 （气）气）加热2B2B（固）固）HClHCl（气）气）沉积在钨丝上SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 高强度。与玻璃纤维相近高强度。与玻璃纤维相近 良好的抗氧化性和良好的抗氧化性和耐腐蚀性耐腐蚀性 比重大，直径较粗，生产工艺复杂，成本高，价格比重大，直径较粗，生产工艺复杂，成本高，价格 昂贵昂贵 高熔点。高熔点

21、。2300 弹性模量高。弹性模量高。3.81054.9105MPa用硼铝复合材料制成的航天飞机主舱框架强度高、刚性好，代替铝合金骨架节省重量44，取得了十分显著的效果，也有力地促进了硼纤维金属基复合材料的发展SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY4) 4) 芳纶纤维芳纶纤维（Kevlar纤维纤维）芳纶纤维是芳纶纤维是对苯二甲酰对苯二甲酰与与对苯二胺对苯二胺的聚合体，全称聚对苯二甲的聚合体，全称聚对苯二甲酰对苯二胺酰对苯二胺 ，经溶解纺丝而成。它的化学结构式如下：，经溶解纺丝而成。它的化学结构

22、式如下：在芳香环上刚硬的直线状分子链在纤维轴向是高度定向的，各在芳香环上刚硬的直线状分子链在纤维轴向是高度定向的，各聚合物链是由氢键作横向连结聚合物链是由氢键作横向连结力学性能各向异性力学性能各向异性 沿纤维方向的强共价键和横向弱的氢键，沿纤维方向的强共价键和横向弱的氢键，是造成芳纶纤维力学性能各向异性的原因，即纤维的纵向强度是造成芳纶纤维力学性能各向异性的原因，即纤维的纵向强度高，而横向强度低高，而横向强度低SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY “高韧性高韧性”， 延伸率延伸率3左右左右

23、 耐热性好。好于玻璃纤维，能在耐热性好。好于玻璃纤维，能在290下长期使用下长期使用 价格便宜价格便宜 高比模量。是玻璃纤维的高比模量。是玻璃纤维的3 3倍倍 优良的抗疲劳性优良的抗疲劳性、耐腐蚀性、绝缘性和可加工性耐腐蚀性、绝缘性和可加工性 高比强度。高强度高比强度。高强度( )( )， 小比重小比重( )( )2.83.7GPa1.45g/cm3SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 高熔点，高模量高熔点，高模量 优良的高温强度。优良的高温强度。1100, 2100MPa以钨丝或碳纤维作

24、纤芯，通过气相沉积法而制以钨丝或碳纤维作纤芯，通过气相沉积法而制得；或用聚碳硅烷纺纱，经烧结而制得。得；或用聚碳硅烷纺纱，经烧结而制得。5) 5) 碳化硅纤维碳化硅纤维SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYAl2O3 SiC Si3N4 WC TiC B4C 石墨石墨 2. 2. 颗粒增强材料颗粒增强材料1) 1) 金属基复合材料中的增强颗粒金属基复合材料中的增强颗粒SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UN

25、IVERSITY 石墨、碳黑、白碳黑石墨、碳黑、白碳黑( (二氧化硅无定形微粉二氧化硅无定形微粉) )、云母、高岭土、膨润土、云母、高岭土、膨润土、碳酸钙、滑石粉、空心玻璃微珠碳酸钙、滑石粉、空心玻璃微珠MgO、SiO2、MoS2、Fe2O3、2) 2) 聚合物基复合材料中的增强颗粒聚合物基复合材料中的增强颗粒Fe2O3白碳黑白碳黑MgOMoS2SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 二、增强机制简介二、增强机制简介 Brief introduction to enhancement mec

26、hanism 1. 1. 纤维增强机制纤维增强机制承受载荷的主体，高强度刚度、结构稳定、少缺陷、承受载荷的主体，高强度刚度、结构稳定、少缺陷、结合良好结合良好基体作用与要求基体作用与要求 构成一定形状形，传递与分配载荷，界面结合构成一定形状形，传递与分配载荷，界面结合 增强纤维作用与要求增强纤维作用与要求 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYp 纤维断裂时，基体能阻止纤维断裂时，基体能阻止 裂纹扩展并改变扩展方向裂纹扩展并改变扩展方向p 被基体保护的纤维，不易受损伤，受载时不易产生被基体保

27、护的纤维，不易受损伤，受载时不易产生裂纹，使材料承载能力增大裂纹，使材料承载能力增大p 与块状材料相比，纤维具有更高的强度和韧性与块状材料相比，纤维具有更高的强度和韧性 纤维断裂后裂纹沿纤纤维断裂后裂纹沿纤维与基体界面扩展维与基体界面扩展p 纤维与基体间适当的界面结纤维与基体间适当的界面结合强度，使纤维断裂而从基体合强度，使纤维断裂而从基体中难以拔出中难以拔出SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY五种单向复合材料断口形貌五种单向复合材料断口形貌SCHOOL OF MATERIALS SCIE

28、NCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2. 2. 颗粒增强机制颗粒增强机制p 高度弥散分布于基体中的增强颗粒使高度弥散分布于基体中的增强颗粒使主要承受载主要承受载p 荷的基体荷的基体的强度得到提高的强度得到提高p 对于金属基体，增强颗粒阻碍基体中位错的运动对于金属基体，增强颗粒阻碍基体中位错的运动p 对于高聚物基体，增强颗粒阻碍基体中分子链的对于高聚物基体，增强颗粒阻碍基体中分子链的p 运动运动p 增强颗粒直径一般在范围时增强效增强颗粒直径一般在范围时增强效p 果最好果最好0.010.1 mDSCHOOL OF MATERIALS SC

29、IENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY开裂方式开裂方式 Ap min(Ak 、A) Amin(Ap、Ak) Ak min(Ap、A) Ap :基体撕裂功 A: :界面开裂功 Ak :颗粒断裂SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第三节第三节 常用复合材料常用复合材料COMMONLY USED COMPOSITE MATERIALS塑料基复合材料塑料基复合材料金属基复合材料金属基复合材料橡胶基复合材料橡胶基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基

30、复合材料SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 一、塑料基复合材料一、塑料基复合材料 Plastic-matrix composite materials 1. 1. 玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）1) 1) 热塑性玻璃钢热塑性玻璃钢 体积分数为体积分数为 20%40% 的玻璃纤维与的玻璃纤维与 60%80% 的热塑性树脂复合的热塑性树脂复合 高的强度和冲击韧性，良好的低温性能和低热膨胀高的强度和冲击韧性，良好的低温性能和低热膨胀 系数系数体体SCHOOL OF MAT

31、ERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY2) 2) 热固性玻璃钢热固性玻璃钢 体积分数为体积分数为 60%70% 的玻璃纤维与的玻璃纤维与 30%40% 的热固性树脂复合的热固性树脂复合 高强度，高强度，低低密度，耐腐蚀，绝缘密度，耐腐蚀，绝缘、绝热性好，吸水绝热性好，吸水 性低，防磁，微波穿透性好，易加工成形性低，防磁，微波穿透性好，易加工成形体体 弹性模量及耐热性仍不如钢弹性模量及耐热性仍不如钢SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG

32、UNIVERSITY3) 3) 玻璃钢的应用玻璃钢的应用 航天航空工业：雷达罩，直升机机身，飞机螺旋航天航空工业：雷达罩，直升机机身，飞机螺旋 桨，发动机叶轮，火箭导弹发动桨，发动机叶轮，火箭导弹发动 机壳体和燃料箱机壳体和燃料箱 船舶工业：轻型船船舶工业：轻型船、艇、舰，扫雷艇、艇、舰，扫雷艇 车辆工业：汽车、机车、拖拉机车身，发动机机车辆工业：汽车、机车、拖拉机车身，发动机机 罩罩 电机电器工业：重型发电机护环，大型变压器线电机电器工业：重型发电机护环，大型变压器线 圈绝缘桶，各种绝缘零件圈绝缘桶，各种绝缘零件 石油化工工业：代替不锈钢制作耐酸石油化工工业：代替不锈钢制作耐酸、耐碱耐碱、耐

33、耐 油的容器油的容器、管道管道、反应釜反应釜用于制造用于制造要求自重轻的受力构件要求自重轻的受力构件要求无磁性要求无磁性、绝缘绝缘、耐腐蚀的零件耐腐蚀的零件SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY玻璃钢脚踏螺旋桨游艇玻璃钢脚踏螺旋桨游艇玻璃钢风机叶轮玻璃钢风机叶轮玻璃钢冷却塔玻璃钢冷却塔SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND EN

34、GINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2. 2. 碳纤维增强塑料碳纤维增强塑料 性能优于玻璃钢性能优于玻璃钢 低密度，高强度，高弹性模量，高比强度，高比模低密度，高强度，高弹性模量，高比强度，高比模 量，优良的抗疲劳性能量，优良的抗疲劳性能、耐冲击性能耐冲击性能、自润滑性自润滑性、 减磨耐磨性减磨耐磨性、耐腐蚀性耐腐蚀性、耐热性耐热性 碳纤维与基体结合力低，各向异性严重碳纤维与基体结合力低，各向异性严重 航天航空工业

35、：飞机机身，螺旋桨，尾翼，发动机风航天航空工业：飞机机身，螺旋桨，尾翼，发动机风扇叶片，卫星壳体，航天飞行器外表面防热层扇叶片，卫星壳体，航天飞行器外表面防热层 机器制造工业：轴承，齿轮，磨床磨头，齿轮旋转机器制造工业：轴承，齿轮，磨床磨头，齿轮旋转 刀具刀具 电机工业：大功率发电机护环电机工业：大功率发电机护环 化学工业：管道，容器化学工业：管道，容器SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN

36、 JIAOTONG UNIVERSITY 3. 3. 硼纤维增强塑料硼纤维增强塑料 高比强度、比模量，良好的耐热性高比强度、比模量，良好的耐热性 各向异性明显，加工困难，成本高各向异性明显，加工困难，成本高 主要用于：航天航空工业中要求高刚度的结构件，主要用于：航天航空工业中要求高刚度的结构件， 如飞机机身机翼轨道飞行器隔离装置结如飞机机身机翼轨道飞行器隔离装置结 合器合器 4. 4. 碳化硅纤维增强塑料碳化硅纤维增强塑料 高比强度、比模量高比强度、比模量 主要用于：宇航器上的结构件，飞机的门主要用于：宇航器上的结构件，飞机的门、降落传降落传 动装置箱动装置箱、机翼机翼SCHOOL OF MA

37、TERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 5. 5. Kevlar 纤维增强塑料纤维增强塑料 抗拉强度高于玻璃钢，与碳纤维抗拉强度高于玻璃钢，与碳纤维- -还氧树脂复合材还氧树脂复合材 料相近料相近 延性好，与金属相近延性好，与金属相近 抗耐冲击性超过碳纤维增强塑料抗耐冲击性超过碳纤维增强塑料 优良的疲劳抗力和减振性优良的疲劳抗力和减振性 主要用于：飞机机身，雷达天线罩，火箭发动机外主要用于：飞机机身，雷达天线罩，火箭发动机外 壳，轻型船舰，快艇壳，轻型船舰，快艇SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE

38、 AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 1. 1. 纤维增强金属基复合材料纤维增强金属基复合材料1) 1) 硼纤维增强铝基复合材料硼纤维增强铝基复合材料 高抗拉高抗拉、压压、剪切剪切、疲劳强度疲劳强度 主要用于：飞机或航天器主要用于：飞机或航天器蒙皮、大型壁板、长梁、蒙皮、大型壁板、长梁、 加强肋，航空发动机叶片加强肋，航空发动机叶片 二、金属基复合材料二、金属基复合材料 Metal-matrix composite materials硼纤维硼纤维B纤维/Al复合材料， B纤维表面为玉米棒状，高温时Al变软，经外力压实填充硼纤维的粗糙面SCHO

39、OL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 主要用于：航天飞机外壳，运载火箭的大直径圆锥主要用于：航天飞机外壳，运载火箭的大直径圆锥 段、级间段、接合器、油箱段、级间段、接合器、油箱, ,飞机蒙皮、飞机蒙皮、 螺旋桨，涡轮发动机的压气机叶片，重螺旋桨，涡轮发动机的压气机叶片，重 返大气层运载工具的防护罩，汽车发动返大气层运载工具的防护罩，汽车发动 机零件机零件( (如活塞、汽缸头等如活塞、汽缸头等) )，滑动轴承，滑动轴承3) 3) 碳化硅纤维增强铝基复合材料碳化硅纤维增强铝基复合材料 高比强度高比强度

40、、比模量，高硬度比模量，高硬度 主要用于：飞机机身结构件，汽车发动机活塞主要用于：飞机机身结构件，汽车发动机活塞、连连 杆等杆等2) 2) 碳纤维增强铝基复合材料碳纤维增强铝基复合材料 高比强度高比强度、比模量，高温强度好，减摩性和比模量，高温强度好，减摩性和 导电性好导电性好SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2. 2. 颗粒增强金属基复合材料颗粒增强金属基复合材料1) 1) 金属陶瓷（前已讲过）金属陶瓷（前已讲过）2) 2) 弥散强化合金弥散强化合金将少量（体积分数通常小于将少量（体

41、积分数通常小于20%）的颗粒尺寸极细）的颗粒尺寸极细的增强微粒高度弥散地均匀分布在金属基体中常的增强微粒高度弥散地均匀分布在金属基体中常用的增强相是高抗拉用的增强相是高抗拉、压压、剪切剪切、疲劳强度疲劳强度 常用的增强相：常用的增强相： Al2O3 ThO2 MgO BeO 常用基体金属：常用基体金属： Al Cu Ti Cr NiSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY(1) (1) 弥散强化铝（烧结铝）弥散强化铝（烧结铝） 主要制作：飞机的结构件（如机翼，机身），飞机主要制作：飞机的结构件（如机翼，机身），飞机 发动机压气机叶轮、高温活塞，大功率发动机压气机叶轮、高温活塞，大功率 柴油机活塞，冷却反应堆中核燃料元件柴油机活塞，冷却反应堆中核燃料元件 的包套材料的包套材料 先将片状铝粉的表面氧化成薄膜，再经压制、先将片状铝粉的表面氧化成薄膜，再经压制、 烧结、挤压烧结、挤压Al2O3 高温强度好高温强度好(2) (2) 弥散强化铜弥散强化铜 主要制作：高温下的导热、导电体，如电焊机的电主要制作：高温下的导热、导电体，如电焊机的电 极，高功率电子管的电极极