2018年复合材料与功能材料.doc

复合材料与功能材料 　　复合材料与功能材料 　　暖 101 许晶晶 王雪 琰 王思月 肖 璇 暖 102 于 哲 韩兴元 　　一、复合材料 　　(一)概念 　　复合材料 (Composite materials)是由两种或两种以上不同性 质的材料, 通过物理或化学的方法, 在宏观上组成具有新性能的材 料。 　　各种材料在性能上互相取长补短, 产生协同效应, 使复合材料 的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。 　　(二)分类 　　复合材料按其组成可分为: 　　①金属与金属复合材料 　　②非金属与金属复合材料 　　③非金属与非金属复合材料 　　按其结构特点又可以分为: 　　①纤维复合材料,将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。 ②夹层复合材料,由性质不同的表面材料和芯材组合而成。 ③细粒复合材料,将硬质细粒均匀分布于基体中。 　　④混杂复合材料, 由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相 材料中构成。 　　(三)生产与组成 　　复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。 金属基体常用 　　的有铝、 镁、 铜、 钛及其合金。 非金属基体主要有合成树脂、 橡胶、 陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、 芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 复合材料的生产成型方法按基体材料不同各异。 其中用树脂基 复合材料的有:手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、模压成型、 拉挤成型、 RTM 成型、热压罐成型、隔膜成型、迁移成型、软膜 膨胀成型、 冲压成型等。 而用陶瓷基复合材料的则有:固相烧结成 型、化学气相浸渗成型、化学气相沉积成型等。此外,金属基复合 材料成型方法分为固相成型法和液相成型法。 前者是在低于基体熔 点温度下,通过施加压力实现成型,包括扩散焊接、粉末冶金、热 轧、热拔、热等静压和爆炸焊接等。后者是将基体熔化后,充填到 增强体材料中,包括传统铸造、真空吸铸、真空反压铸造、挤压铸 造及喷铸等。 　　(四)应用特点 　　①比重小。可应用于汽车和飞机减轻重量、提高速度、节约能源。 ②比强度和比模量大。 例如碳纤维与环氧树脂复合的材料, 其比强 度和比模量均比钢和铝合金大数倍,还具有 优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐 热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。 ③各向异性。可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。 (五)国内外研究与应用现状 　　1、应用现状 　　目前复合材料主要应用于航空航天、 汽车工业、 化工、 纺织和 机械制造、医学等领域。 　　①航空航天领域。 　　由于复合材料热稳定性好, 比强度、 比刚度高, 可用于制造飞 机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、 大型运载火箭的壳体、发动机壳体等。 　　②汽车工业。 　　由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性,可减振和降低噪声、 抗疲劳性能好, 损伤后易修理, 便于整体成形, 故可用于制造汽车 车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。 　　③化工、纺织和机械制造领域。 　　有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料, 可用于制 造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。 ④医学领域。 　　碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收 X 射线特性, 可用于制造医用 X 光机和矫形支架等。碳纤维复合材料还具有生 物组织相容性和血液相容性, 生物环境下稳定性好, 也用作生物医 学材料。 此外, 复合材料还用于制造体育运动器件和用作建筑材料 等。 　　2、研究现状 　　①聚合物基复合材料。 　　研究工作集中在合成新型树脂及对其结构表征和固化过程进 　　行了研究。 热固性聚合物基体主要为不饱和聚酯、 环氧树脂、 酚醛 树脂、 双马树脂, 以及少量的耐高温聚酰亚胺树脂。 热塑性聚合物 基体除聚丙烯外,还有常用的工程塑料,如聚醚醚酮、聚苯硫醚、 聚醚砜和热塑性聚酰亚胺等的合成,改性和表征等。 　　加工成型方面除了常规方法的研究外, 也研究一些新型的加工 方法。如树脂传递法(RTM )的充模过程。 　　②金属基复合材料。 　　目前主要集中在以轻金属(如铝、镁、钛)等为基体的复合材 料研究,少量研究于铜、铁、铅基体的复合材料。 　　③其他基体复合材料。 　　陶瓷基复合材料方面的研究工作, 如热压烧结的碳化硅晶须增 强氧化硅, 或碳化硅基体的复合材料; 氧化锆颗粒增强碳化物陶瓷 复合材料等的制备科学和结构性能研究。 　　(五)发展趋势 　　①降低成本 　　由于复合材料的性能优于传统材料, 若降低复合材料的成本, 其 应用前景将非常广阔。 　　②高性能复合材料的研制 　　随着人类向太空发展, 航空航天工业对高性能复合材料的需求 量越来越大,而且也会提出更高的性能要求,如更高的强度要求、 更高的耐温要求等。