复合材料设计的步骤

复合材料设计的步骤第1页，共10页，2023年，2月20日，星期一复合材料设计的步骤复合材料设计的一般步骤如下a.

通过论证详细了解材料的功能及承受的外部载荷，如机械载荷、热载荷及潮湿环境等，明确对材料的使用性能要求，确定设计目标。b.

选择材料复合体系，包括组分材料种类、几何特征、组分比例等。这部分工作是基于人们对已有材料体系基本性能的了解和掌握，以及有关的理论计算。c.

选择合适的制备方法及工艺参数；第2页，共10页，2023年，2月20日，星期一复合材料设计的步骤d.

按预方案进行样品试制。e.

测试所制得样品得实际性能，检验是否达到使用性能要求和设计目标；

f.在总结试制经验与成果得基础上，调整设计方案，组织制品生产。

经济预算对于特定要求的复合材料构件，还要确定构件宏观性能与复合材料性能之间的定量关系，分析复合材料内部应力场、温度场等与外部环境载荷变化的定量关系；分析复合材料及结构的损伤演化及破坏过程。第3页，共10页，2023年，2月20日，星期一复合材料设计的内容

复合材料设计包括对组成复合材料得单元组分材料得选择、对复合制造工艺得选择和对复合效应的估算。

（1）单元组分材料的选择选择单元组分必须注意如下问题：a.各组分材料间的相容性；b.确定增强组分的几何形状；c.制成复合材料后，各组分应保持它们的原有优秀性质，并能扬长避短相互补充，产生所需要的复合效应。第4页，共10页，2023年，2月20日，星期一复合材料设计的内容

复合材料设计包括对组成复合材料得单元组分材料得选择、对复合制造工艺得选择和对复合效应的估算。

（2）复合材料制造工艺的选择各类复合材料制造的共同核心问题是将增强体渗入基体，或者将基体浸渗增强体构成的骨架，使之形成相互复合的固态整体。复合材料制造中的关键问题包括：对增强体尽量不造成机械损；使增强体按规定排列并均匀分布，基体与增强体之间产生良好的结合。选择复合材料的制造工艺是指选择工艺方法和工艺参数。第5页，共10页，2023年，2月20日，星期一金属基复合材料制造的难点及解决途径

第6页，共10页，2023年，2月20日，星期一金属基复合材料的制备技术

金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于材料的制造技术，因此研究和发展有效的制造技术一直是金属基复合材料研究中的最重要问题之一。第7页，共10页，2023年，2月20日，星期一概述对制造技术的要求（1）增强材料以设计的体积分数和排列方式分布于金属基体中，满足复合材料结构和强度设计要求；（2）不得使增强材料和金属基体原有性能下降；（3）避免增强材料与金属基复合材料之间发生不利于性能的化学反应。（4）设备投资少，工艺简单易行；（5）尽量制造出接近最终产品的形状，尺寸和结构，减少后续加工工艺。第8页，共10页，2023年，2月20日，星期一金属基复合材料制造的难点及解决途径（1）加工温度高，在高温下易发生不利的化学反应。在加工过程中，为了确保基体的浸润性和流动性，需要采用很高的加工温度。在高温下，基体与增强材料易发生界面反应，有时会发生氧化生成有害的反应产物。高温下反应产物通常呈脆性，会成为复合材料整体破坏的裂纹源。加工温度是关键参数；缩短高温加工时间，使增强材料与基体界面反应时间降低至最低程度；提高工作压力使增强材料与基体浸润速度加快；采用扩散粘接法有效地控制温度并缩短时间。（2）增强材料与基体湿润性太差，结合力不好加入合金元素，优化合金成分，改善基体对增强材料地浸润性，常用地金属为钛、锆、铌、铈等；采用化学气相沉积、PVD、溶胶-凝胶和电镀和化学镀等表面处理方法对增强材料进行表面处理，涂覆可抑制界面反应的涂层，可有效改善其浸润性。

第9页，共10页，2023年，2月20日，星期一金属基复合材料制造的难点及解决途径（3）增强材料按设计要求分布于基体中；增强材料的种类较多，如短纤维、晶须、颗粒等，直径粗细、尺寸、形态理化性能上有很大差异，使其均匀地、或按设计强度的需要分布比较困