复合材料制备和加工
金属复合材料的制备与应用
金属复合材料的制备与应用随着科技的不断发展与创新，人类对于材料的研究和应用也越来越深入。
金属复合材料作为一种新型材料，具有优异的力学性能、导热性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通讯、冶金等领域。
本文将介绍金属复合材料的制备与应用。
一、金属复合材料的制备金属复合材料制备的方式主要有物理法和化学法两种。
1. 物理法物理法的制备过程是通过热处理、轧制、拉拔等机械加工方式将两种或以上的金属材料制成一种复合材料。
其中较为常见的方法是粉末冶金法。
这种方法的基本过程就是将两种或以上的金属粉末通过压制、烧结等方式使之融合在一起，再进行加工，形成金属复合材料。
这种方法不但可以制备各种复杂形状的金属复合材料，而且能控制其微观结构，是目前较为常用的制备方法之一。
2. 化学法化学法的制备过程主要是通过化学反应的方式使不同种类的金属在反应过程中形成复合材料。
这种方法的基本过程就是将两种或以上的金属离子在溶液中进行化学反应，生成金属复合材料。
化学法制备的复合材料具有较高的强度和稳定性，但其复杂性较大，成本也较高。
二、金属复合材料的应用金属复合材料在工业生产和国民经济中有着广泛的应用。
1. 航空航天领域因为金属复合材料具有高强度、耐腐蚀、抗疲劳等特性，能够有效减轻飞行器的重量、提高其寿命和安全性能，所以在航空航天领域应用非常广泛。
常见的应用有飞机的机翼、起落架、加油管道等部件，还可以用于航天装备中的尾翼、燃气轮机叶片等。
2. 汽车制造金属复合材料可以大大提高汽车的性能，优化车辆结构。
例如，在发动机部件中使用金属复合材料可以提高发动机的功率和效率、延长使用寿命；在轮毂、车身等部件中使用金属复合材料可以减轻车辆重量，提升车辆加速性能和燃油经济性等。
3. 电子通讯金属复合材料在电子通讯领域也有着广泛的应用。
例如，在光纤通讯领域，可以使用金属复合材料制造光学器件；在半导体制造中使用金属复合材料可以改善电子的导电性和热传导性等。
复合材料与加工工艺
复合材料可以根据不同的分类标准进行分类，如按组成成分、结构特点、应用领域等。常见的分类包括金属复合 材料、非金属复合材料、陶瓷复合材料、树脂基复合材料等。
复合材料的特性
高强度与高刚度
复合材料具有较高的强度和刚 度，能够承受较大的载荷和压 力。
良好的抗疲劳性能
复合材料的抗疲劳性能较好， 能够承受反复变化的载荷。
芳纶纤维
具有高强度、高模量、低密度、耐高温等特点，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。通过优 化芳纶纤维的制造工艺和表面处理技术，可以提高其与基体材料的界面结合强度，从而提高复合材料的 整体性能。
基体材料的优化
01 02
树脂基体
通过选择合适的树脂类型和配方，以及添加增强填料和改性剂，可以改 善基体材料的力学性能、耐热性、耐腐蚀性等，从而提高复合材料的整 体性能。
复合材料在航空航天领域的应用
应用案例
复合材料在飞机上的应用，如机翼、机身、尾翼等结构件，以及卫星上的太阳 能电池板等。
应用效果
复合材料的应用可显著减轻航空航天器的重量，提高其燃油经济性和飞行效率， 同时可降低制造成本和提高安全性。
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复合材料与加工工艺
contents
目录
• 复合材料概述 • 复合材料的加工工艺 • 复合材料的性能优化 • 复合材料的未来发展 • 复合材料加工工艺的挑战与解决方案 • 复合材料加工工艺案例研究
01 复合材料概述
定义与分类
定义
复合材料是由两种或多种材料组成的新材料，通过物理或化学方法组合在一起，形成具有特定性能和功能的材料。
注射成型工艺的优点在于能够快速、高效地生产出形状 复杂、尺寸精确的产品。
碳纤维复合材料加工工艺
碳纤维复合材料加工工艺
碳纤维复合材料加工工艺一般包括以下步骤：
1. 制备纤维预浸料：将碳纤维与树脂混合，形成纤维预浸料。
树脂可以是热固性树脂如环氧树脂、酚醛树脂，也可以是热塑性树脂如聚酰亚胺。
2. 成型：将纤维预浸料放置在模具中，并使用真空吸附或压力来排除空气和树脂预浸料之间的空隙。
根据不同的加工工艺，可以采用压缩成型、注塑成型、旋转成型等不同方法。
3. 固化：根据树脂的类型和加热条件，将模具中的纤维预浸料加热，使树脂固化为硬化状态。
这一步可以在常温下进行，也可以在高温下进行，需要根据树脂的固化特性和材料要求来确定最佳固化条件。
4. 切割和修整：将固化后的碳纤维复合材料切割成所需尺寸和形状，可以使用机器切割、喷砂或电火花加工等方式进行切割和修整。
5. 表面处理：对切割和修整后的碳纤维复合材料进行表面处理，以改善其表面性能和粘接性能。
常见的表面处理方法包括打磨、清洗、表面处理剂或涂层的涂覆等。
6. 组装和连接：将处理好的碳纤维复合材料组装到所需的产品中，并使用黏合剂、螺栓或其他连接件进行连接。
7. 检测和质量控制：对加工好的碳纤维复合材料进行检测和质量控制，包括外观检查、尺寸测量、力学性能测试等，以确保产品质量符合要求。
需要注意的是，以上所述的加工工艺只是一般的步骤，具体的加工工艺流程会根据具体的产品要求和材料性能而有所不同。
材料制备与加工工艺
材料制备与加工工艺对于材料的制备与加工工艺的研究，是现代科学技术领域的一项重要工作。
材料的选择、制备和加工工艺直接影响了产品的质量、性能和使用寿命。
本文将介绍一些常见的材料制备与加工工艺，并探讨其在不同领域中的应用。
一、金属材料制备与加工工艺金属材料是最常见的材料之一，广泛应用于机械、建筑、航空等各个领域。
金属材料的制备与加工工艺主要包括熔炼、铸造、锻造、热处理等。
熔炼是将金属原料加热至熔点，使其液化后借助重力或电磁力等方法进行分离和纯化的过程。
铸造是将液态金属倒入模具中，经过冷却凝固得到所需形状的工艺。
锻造是通过将金属材料置于锻机上，借助外力作用使其发生塑性变形得到所需形状。
热处理则是通过对金属材料进行加热、保温和冷却等过程，改变其结构和性能。
二、陶瓷材料制备与加工工艺陶瓷材料具有优异的耐高温、耐腐蚀和绝缘性能，广泛应用于电子、化工、建筑等领域。
陶瓷材料的制备与加工工艺主要包括研磨、成型、烧结等步骤。
研磨是将原料进行细磨，使其粒度均匀。
成型是将研磨后的陶瓷原料进行压制或注塑等工艺，得到所需形状。
烧结是将成型后的陶瓷材料进行高温加热，使其颗粒间发生结合，形成致密的材料。
三、聚合物材料制备与加工工艺聚合物材料具有很好的可塑性和耐磨性，广泛应用于塑料、纺织、医药等领域。
聚合物材料的制备与加工工艺主要包括聚合、挤出、注塑、模压等。
聚合是将单体分子进行化学反应，形成高分子链的过程。
挤出则是将聚合物料塑化后通过模具挤出成型。
注塑是将塑化的聚合物料注入到模具中，通过冷却凝固得到所需形状。
模压则是将聚合物加热塑化后放入模具中压制，形成所需形状。
四、复合材料制备与加工工艺复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的新材料，具有优异的特性和广泛的应用前景。
复合材料的制备与加工工艺主要包括预浸法、层叠法、注射法等。
预浸法是将纤维材料与树脂浸渍后固化，形成复合材料。
层叠法是将纤维和树脂分层叠加，经过压制和热处理形成复合材料。
复合材料的制备方法
树脂传递模塑成型—优缺点
• 优点 • 1） 制品纤维含量可较高，未被树脂浸的部分非常少； • 2） 闭模成型，生产环境好； • 3） 劳动强度较低，对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成
型低； • 4） 制品两面光，可作有表面胶衣的制品，精度也比较高； • 5） 成型周期较短； • 6） 产品可大型化； • 7） 强度可按设计要求具有方向性； • 8） 可与芯材、嵌件一体成型 • 9） 相对注射设备与模具成本较低。 • 缺点 • 1） 不宜制作较小产品 • 2） 因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用的模具要重和复杂，价
聚酯树脂 加热
固化
切
喷
引发剂 静态混合
割 喷
射 成
辊压
枪
型
促进剂
喷射成型工艺流程图
喷射工艺参数选择
• ①树脂含量 喷射成型的制品中，树脂含量 控制在60%左右。
• ②喷雾压力当树脂粘度为0.2Pa·s，树脂罐 压力为～时，雾化压力为～，方能保证组 分混合均匀
• ③喷枪夹角不同夹角喷出来的树脂混合交 距不同，一般选用20°夹角，喷枪与模具 的距离为350～400mm。改变距离，要高 速喷枪夹角，保证各组分在靠近模具表面 处交集混合，防止胶液飞失。
第二阶段-中间保温阶段
• 这一阶段的作用是使胶布在较低的反应速 度下进行固化。保温过程中应密切注意树 脂的流胶情况。当流出的树脂已经凝胶， 不能拉成细丝时，应立即加全压。
第三阶段-升温阶段
目的在于提高反应温度，加快固化速度。 此时，升温速度不能过快，否则会引起 暴聚，使固化反应放热过于集中，导致 材料层间分层。
复合材料的制备及其应用
复合材料的制备及其应用复合材料是指由两种或两种以上不同的材料组成的一种新型材料。
复合材料具有优异的性能和使用寿命，被广泛应用于航空、汽车、船舶、建筑等领域。
本文将从复合材料的制备和应用方面展开讨论。
一、复合材料的制备复合材料的制备过程可以分为层压法、注塑法、旋转浇铸法、挤压法等多种方法。
其中较为常见的是层压法和注塑法。
层压法是指在一定的温度和压力下，将两种或多种材料按一定比例粘结成片或条材。
层压法的步骤一般包括预加热、层压、固化三个阶段。
预加热是为了使各种材料达到一定温度和湿度，以使其在后续的层压和固化中更容易形成化学反应。
层压是指将不同材料以一定的压力叠加在一起，形成复合材料。
固化是使复合材料中的树脂和硬化剂进行化学反应，达到固化的目标。
注塑法是以树脂为基体材料，将不同的增强材料注入树脂中使其形成复合材料。
注塑法的步骤包括加入树脂、加入增强材料、搅拌、注入模具等。
注塑法的特点是生产效率高、生产工艺简单，可以生产复杂性形状的复合材料，极大地方便了工业生产和使用。
二、复合材料的应用1. 航空领域复合材料在航空中的应用范围十分广泛，主要体现在救援船、飞机机身、飞行器外壳等方面。
复合材料具有良好的刚度、强度、尺寸稳定性以及抗冲击和防腐蚀等性能，因此在航空领域有着广泛的应用。
2. 汽车领域汽车涉及到的零部件有很多都是用复合材料制成的，例如车身、发动机罩、雨刷、轮辋等。
复合材料在汽车领域的应用，不仅可以减轻汽车自身重量，而且可以提高汽车的安全性能。
3. 钢结构建筑在建筑领域，复合材料主要用作钢结构的补强材料。
传统的加固材料主要是钢材，但钢材易生锈、重量大，不能很好地满足建筑的特殊要求。
采用复合材料则可以实现加固效果良好、质量轻、维护成本低等优点。
4. 医疗领域复合材料在医疗领域主要应用于牙科、骨科等方面。
由于复合材料具有良好的生物相容性和耐腐蚀性能，因此可以用于人体内部的修复和替代。
以上是复合材料的制备和应用的简单介绍。
金属基复合材料
包括：物理气相沉积法、化学气相沉积法、热喷涂法、 化学镀和电镀法、复合镀法等。
一、固态制备技术
1.1粉末冶金技术 粉末冶金法是一种用于制备与成形颗粒增强(非连续
增强型)金属基复合材料的传统固态工艺法。
工艺过程：
粉末冶金生产工艺
1.2热压技术
扩散黏结：在较长时间、较高温度和压力下，通过固态焊接 工艺，使同类或不同类金属在高温下互扩散而黏结在一起的 工艺方法。
常用的热喷涂的主要方法如下：
1)火焰喷涂 2)电弧喷涂 3)等离子喷涂(气体导电（或放电）所产生的等离
子电弧作为高温热源 )
讲完了~
性、良好的抗粘着能力和优越的耐蚀性。
化学气相沉积的装置如图,以在钢件表面沉积TiC涂层为 例，将反应气体TiCl4与气态或蒸发状态的碳氢化合物一 起导入真空、高温的反应室内，用氢作为载体和稀释剂， 就会发生化学反应生成TiC沉积在基体表面。
3.3热喷涂技术
指以某种热源，将基体材料加热到熔化或熔融状态后， 用高压高速气流将其雾化成细小的颗粒喷射到增强材料上， 形成一层覆盖层的过程。
三阶段： ➢粘结表面之间最初接触 ➢增强材料与合金粉末发生界面扩散和体扩散→接触面 粘结 ➢结合界面最终消失，粘结过程完成
热压技术：
1.3热轧、热挤压和热拉拔技术（变形法）
形变法就是利用金属具
轧制
有塑性成型的工艺特点，
通过热轧、热拉、热挤压
等加工手段，使已复合好
的颗粒、晶须、短纤维增
强金属基复合材料进一步
加工成板材。
挤压 拉拔
1.4爆炸焊接技术
二、液态制备技术
2.1真空压力浸渍技术 真空压力浸渍法是在真
空和高压惰性气体的共同 作用下，使熔融金属浸渗 入预制件中制造金属基复 合材料的方法。
复合材料的制备方法与工艺
预烧结
维持形状 具有一定的强度
压 挤 渗 透 的 设 备
与压力铸造相比
压头连续移动
弥补收缩
移动速度慢
外加压力大
压力熔浸成形设备
压挤渗透双压头
保证熔体压力；避免孔隙；避免 不完全渗透
采用双重压头
PCAL* f
* fCL2 f 4
f 1 fCL
2 1 2
1/ 2
f为预成形体内纤维所占的体积分数，Φ和ξ分 别为平面间距与交叉连接纤维长度及与平面内 纤维间距之比
m/s）。 ▪ 得到的材料孔隙度小（2-3％）。 ▪ 优点，在对偶材料的非熔融状态下成形，缩短高温
下熔射的时间。 ▪ 孔隙的存在等能够通过热处理而得到改善。能够减
少或避免纤维与金属基体的反应。 ▪ 对纤维喷射熔融金属也有相当的难度。难以成形空
隙率为10％以下的复合材料。 ▪ 开发通过涂层而避免纤维的损伤。
金属基复合材料的制备成形
4.3.1主要的液相工艺
1）压挤铸造与压挤渗透(无压熔浸)
对液体状态的基体加压，使之进入由强化体材料组 成的预成形体。
预成形体的制备 ➢ 长纤维的编织 ➢ 短纤维的悬浮液体内沉积 ➢ 颗粒材料的成形与预烧结
压力熔浸(无压熔浸)
▪ 将熔融的金属压力熔浸于成形模具内的预成形体（可 以由长纤维、短纤维或所颗粒构成）而成形。
▪ 利用半固态浆液的特性分散增强相，在压力 下充型凝固成形。
▪ 是一种两相工艺，局限于大结晶范围的合金。
（7） 层板及蜂窝结构制造技术
▪ 纤维增强金属层板（FRML）是由金属薄板和纤维 树脂预浸料交替铺放胶合而成的混杂复合材料。
▪ 改变金属类型和厚度、纤维树脂预浸料系统、铺贴 顺序、纤维方向、金属表面处理和后拉伸度等可改 变FRML的性能
复合材料的制备方法和工艺流程
复合材料的制备方法和工艺流程复合材料由两种或两种以上不同种类的材料组成，以互补和协作的方式结合在一起。
它是一种现代的、高性能的材料，因其优异的性能被广泛应用于太空、军事、汽车、航空、船舶、建筑和体育器材等领域。
本文主要介绍复合材料的制备方法和工艺流程。
一、材料的选择和设计复合材料的制备首先要遵循“材料设计”的原则，也就是根据所需的性能和用途，选取合适的材料，并进行深入的研究和设计。
选取材料时要考虑它们的成本、可用性、加工性、耐用性、强度、韧性、密度、热性能、电性能、振动等特性。
二、预制备处理预制备处理是指在复合材料制备前，对原材料进行处理。
这些处理旨在改善材料的性能，并准备加工之用。
下面是一些常规的预制备处理方法：1. 纤维的表面处理：纤维的表面处理可以使其更具有附着力、耐水性和化学稳定性。
这可以通过化学处理、表面改性、表面覆盖、氧化、电化学方法和等离子体处理等方式实现。
2. 树脂的过滤：在树脂的制备过程中，可能会产生颗粒物和杂质。
这些颗粒物和杂质会影响树脂的成型性能和强度。
因此，要在树脂制备前对其进行过滤和去除杂质。
三、复合材料的成型方法复合材料的成型方法主要有手工层压、自动层压、注塑成型、挤出成型等。
这些成型方法的选择取决于材料的性质、制备要求和加工成本等因素。
1. 手工层压：手工层压是一种较为简单的成型方法，在制备中使用的是手工制造的“模具”。
首先将纤维和树脂混合成浆状，均匀涂在模具表面。
然后将纤维放在树脂浆上，并依次加上更多的纤维和树脂，直到形成完整的复合材料。
2. 自动层压：自动层压是一种全自动化的制备方法，其原理是在制备过程中使用自动控制系统。
自动层压设备由成型模块和控制系统组成。
在制备过程中，将预处理的纤维或预浸树脂制成所需的形状，并放入模具中，再加上压板和电热片。
控制系统会自动将温度和压力调整到适当的值，以制备出所需的复合材料。
3. 注塑成型：注塑成型主要用于制备高强度、高密度和复杂形状的复合材料。
复合材料的制备工艺
复合材料的制备工艺
复合材料是由两种或更多种不同材料组成的材料，具有优异的物理、化学和机械性能。
无论是高分子基复合材料还是金属基复合材料，其制备工艺都是一个比较复杂的过程。
本文将简要介绍复合材料的制备工艺。
一、高分子基复合材料制备工艺
1.手工层叠法：将预浸渍好的纤维材料按照一定的层数和排列方式手工层叠，再通过压力和热处理使其形成固体复合材料。
2.自动层叠法：采用机械手臂或自动层叠装置进行预浸渍纤维材料的层叠，然后通过压力和热处理形成复合材料。
3.注塑成型法：将预制的纤维增强材料放入模具中，然后采用注塑成型机进行热处理，使其形成复合材料。
二、金属基复合材料制备工艺
1.热压法：将金属材料和增强材料按照一定的比例混合后，通过高温高压的热压工艺形成复合材料。
2.爆炸焊接法：将金属材料和增强材料分别固定在两个金属板上，然后在中间放置爆炸物，爆炸产生的能量将两种材料焊接在一起。
3.电磁压力焊接法：通过电磁力控制金属材料和增强材料之间的距离和接触时间，使两者在高压下形成复合材料。
总之，复合材料的制备工艺是一个极具技术含量的过程，需要精细的设计和严格的操作。
随着材料科学技术的发展，复合材料的制备工艺将会越来越完善和自动化。
复合材料的制备及其应用
复合材料的制备及其应用复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的一种新型材料，其优点主要包括高强度、轻质化、耐腐蚀等特点。
随着科技的发展，复合材料已经广泛应用于航空航天、汽车、海洋工程等领域。
本文将介绍复合材料的制备方法以及常见的应用领域。
一、复合材料的制备方法1.浸渍法浸渍法是制备复合材料的最常见方法之一，其步骤如下：（1）将纤维材料浸泡在浸液中，使其充分湿润；（2）将浸渍后的纤维材料取出来，挤压去除多余的液体；（3）将浸渍后的纤维材料放入成型模具中，施加一定的压力；（4）加热硬化，使树脂固化成为复合材料。
2.层叠法层叠法是指将两种或多种材料按一定的顺序和方式层叠在一起，再进行压制和加热，使它们彼此结合成为一体。
这种方法最常用的材料是玻璃纤维布和环氧树脂，可以制备出高强度、轻质化的复合材料。
3.旋转成型法旋转成型法是将涂有树脂的毡带放置在旋转模具上，随后开始旋转，使树脂均匀地填充在毡带上，形成预定的形状。
该工艺主要适用于制备大小和形状相对简单的零件。
4.自动化生产随着科技的飞速发展，自动化制造已成为制备复合材料的一种常用方法。
自动化生产具有高效、精确的优点，能够大大节省人力资源，提高生产效率。
二、复合材料的应用领域1.航空航天航空航天领域是复合材料最广泛的应用领域之一。
复合材料的轻质化和高强度特点使其可以应用于制作飞机的机身、翼面、尾部等部件，提高飞机的综合性能，节约燃油成本。
2.汽车复合材料也被广泛应用于汽车领域。
可用于车顶、车门、车身等部件，大大降低了汽车的重量和汽车的阻力，提高了汽车的燃油效率和安全性。
3.海洋工程复合材料还可用于海洋工程中，如制造船舶的螺旋桨、潜艇、海底电缆等部件。
复合材料的耐腐蚀性、耐海水腐蚀性和轻质化特点，增加了零部件的使用寿命。
4.建筑复合材料还可用于建筑领域中。
现今很多高档建筑物中使用了大量的异形铝塑板材和金属复合板材，大大降低了建筑物的重量和提高了建筑物的建筑效率。
铜钢复合材料及其制备工艺
铜钢复合材料及其制备工艺
1.溶胀法：溶胀法是通过将铁纤维置于铜层上，使其在高温下与铜熔融，并通过扩散混合，形成铜钢复合材料。
这种方法制备的铜钢复合材料具有良好的冷加工性。
2.轧制法：轧制法是将铜板和钢板分别经过初轧后，在冷轧条件下进行轧制。
在轧制过程中，通过不断的轧制和退火处理，使铜和钢板达到较好的强度和导电性能。
3.爆炸焊接法：爆炸焊接法是将铜板和钢板通过高能量爆炸焊接在一起。
这种方法能够在瞬间提高材料的温度和压力，使铜和钢产生较好的结合性能。
以上是铜钢复合材料的制备工艺的简要介绍。
在具体的制备过程中，还需进行一系列的工艺控制和参数优化，以确保复合材料的质量和性能。
铜钢复合材料的应用领域广泛。
首先，铜钢复合材料在电子工业应用中，能够满足高频率下的导电需求，并具有较好的耐腐蚀性和耐磨性。
其次，在航空航天领域，铜钢复合材料的轻质化和强度优势，能够满足飞机结构部件的要求，提高燃油利用率。
此外，铜钢复合材料还能在交通运输领域中广泛应用，如汽车、轨道交通等。
它能够提高汽车轻量化程度和燃油经济性，同时保持足够的强度和安全性。
总之，铜钢复合材料是一种具有很大应用潜力的材料，具有较好的导电性和强度。
通过不同的制备工艺，可以获得不同性能的铜钢复合材料，满足不同领域的需求。
随着科学技术的不断发展，铜钢复合材料的制备工艺也将进一步改进和创新。
复合材料的制备工艺研究
复合材料的制备工艺研究涉及到复合材料的成型、固化和后续加工等过程。
以下是一般的制备工艺研究步骤：
1. 材料选择：根据应用需求选择合适的基体材料和增强材料。
基体材料可以是塑料、金属、陶瓷等，增强材料可以是纤维、颗粒、薄膜等。
2. 预处理：对基体材料和增强材料进行预处理，如清洗、去除氧化层、表面处理等，以提高材料的粘接性能和表面活性。
3. 成型：根据复合材料的形状和结构要求，采用不同的成型方法，如层压、注塑、挤出、旋转成型等。
成型方法的选择取决于材料性质、成本、生产效率等因素。
4. 固化：通过热固化、光固化、化学固化等方法，使复合材料中的树脂或粘合剂固化，增强材料与基体材料之间形成牢固的结合。
5. 后续加工：对固化后的复合材料进行修整、切割、打磨、涂层等加工工序，以满足最终产品的要求。
在制备工艺研究中，需要考虑材料的性能要求、制备工艺的可行性、成本效益等因素，并进行实验验证和优化。
同时，还需要注意材料的质量控制和环境保护等问题。
复合材料与工程专业本科课程设置
复合材料与工程专业本科课程设置引言复合材料与工程是一门涉及材料科学、机械工程、化学工程等多学科的综合性工程学科。
复合材料在现代工程领域中的应用越来越广泛，因此，培养复合材料与工程专业的人才对于推动科技发展和工程应用至关重要。
本文将介绍复合材料与工程专业本科课程设置的内容，旨在培养学生的理论基础和实践能力，使他们能够在复合材料领域中运用所学知识解决实际问题。
一、材料科学基础课程1.材料科学基础–课程简介：介绍材料科学的基本概念、原理和方法。
包括材料的结构与性能、材料制备、材料测试与表征等内容。
–学分：3学分–授课方式：讲授+实验2.复合材料基础–课程简介：介绍复合材料的种类、特性和常见制备方法。
包括纤维增强复合材料、层合板材料等。
–学分：3学分二、复合材料制备与加工课程1.复合材料制备技术–课程简介：介绍复合材料的制备过程和相关工艺。
深入讲解纤维预处理、树脂浸渍和固化等关键工艺。
–学分：3学分–授课方式：讲授+实验2.复合材料成型技术–课程简介：介绍复合材料的成型工艺和应用。
包括压模成型、注塑、挤出成型等常见成型工艺。
–学分：3学分–授课方式：讲授+实验三、复合材料性能与测试课程1.复合材料性能表征与测试–课程简介：介绍复合材料的性能测试方法和相关标准。
包括拉伸、弯曲、冲击等性能测试。
–学分：3学分四、复合材料应用与设计课程1.复合材料应用–课程简介：介绍复合材料在航空航天、汽车、建筑等工程领域的应用。
包括优化设计、结构分析等内容。
–学分：3学分–授课方式：讲授+案例分析2.复合材料设计–课程简介：针对不同工程需求，学习复合材料设计的基本原理和方法。
包括性能要求分析、材料选取、结构优化等内容。
–学分：3学分–授课方式：讲授+案例分析五、实践教学环节1.实验实训–课程简介：通过实验实训，培养学生的实践操作能力和科学研究素养。
包括复合材料制备、成型和测试的实验操作。
–学分：2学分2.毕业设计–课程简介：让学生通过独立进行毕业设计，综合运用所学知识解决实际问题。
复合材料制备工艺
用作基体材料的树脂以热固性树脂为 主，要求树脂的粘度低和适用期长等。
大量使用的基体材料有不饱和聚酯树 脂和环氧树脂等。
在拉挤成型工艺中，目前常用的方法如热 熔涂覆法和混编法。
热熔涂覆法是使增强材料通过熔融树脂， 浸渍树脂后在成型模中冷却定型；
混编法中，首先按一定比例将热塑性聚合物 纤维与增强材料混编织成带状、空芯状等几何形 状的织物；
由于模压制品质量可靠，在兵器、飞机、导 弹、卫星上也都得到应用。
3. 层压成型工艺
层压成型工艺，是把一定层数的浸胶布(纸) 叠在一起，送入多层液压机，在一定的温度和压 力下压制成板材的工艺。
层压成型工艺属于干法压力成型范畴，是复 合材料的一种主要成型工艺。
层压成型工艺生产的制品包括各种 绝缘材料板、人造木板、塑料贴面板、 覆铜箔层压板等。
最常用的树脂是在室温或稍高温度下即可 固化的不饱和聚酯等。
喷射法使用的模具与手糊法类似， 而生产效率可提高数倍，劳动强度降低， 能够制作大尺寸制品。
用喷射成型方法虽然可以制成复杂 形状的制品，但其厚度和纤维含量都较 难精确控制，树脂含量一般在60%以上， 孔隙率较高，制品强度较低，施工现场 污染和浪费较大。
然后，在一定压力作用下加热固化成 型（热压成型）或者利用树脂体系固化时 放出的热量固化成型（冷压成型），最后 脱模得到复合材料制品。其工艺流程如下 图所示：
模具 准备
树脂胶 液配制
增强材 料准备
涂脱模剂
手糊成型
固化
脱模
手糊成型工艺流程图
制品 检验 后处理
为了得到良好的脱模效果和理想 的制品，同时使用几种脱模剂，可以 发挥多种脱模剂的综合性能。
在加工过程中，由于熔体混合物的流动 会使纤维在树脂基体中的分布有一定的各向 异性。
复合材料的制备方法与工艺
复合材料的制备方法与工艺复合材料是由两种或两种以上成分组成的材料，具有优于其各个组分的综合性能。
它通常由基材（Matrix）和增强材料（Reinforcement）两部分组成。
基材一般是塑料、金属或陶瓷等，而增强材料一般是纤维、颗粒、片状物等。
首先，手工叠层法是最简单而且最基础的制备方法之一、先将预先切割好的增强材料按照设计好的层数和方向进行堆叠，然后将堆叠好的组合件放入热压机中进行热压，从而将基材和增强材料黏合在一起。
这种方法适用于制备简单的平板材料。
其次，浸渍浸涂法适用于制备复杂形状的复合材料。
首先将增强材料放置于模具中，然后通过涂覆或浸泡等方法将基材涂覆或浸渍在增强材料上，最后用热压或固化工艺使材料硬化并黏结在一起。
再次，压模法适用于制备较大尺寸的复合材料。
该方法主要是通过将预先制备好的增强材料放置在模具中，然后将涂覆或浸渍过的基材放置在增强材料上，并施加压力使其黏合在一起。
这种方法是通过机械力来实现压合的。
第四，注射成型法主要是将预先制备好的增强材料放置于模具中，并通过注射机将熔化的基材注入模具中，待基材固化后，就得到了复合材料。
这种方法适用于制备较复杂的形状，但需要专用的注射设备。
第五，挤压法适用于制备中空或带有孔洞的复材。
首先将增强材料放置在挤压机的模型中，然后通过挤压机的作用使熔化的基材进入增强材料的孔隙中，形成复合材料。
挤压法可以制备出管道、管件等带有中空结构的复材。
最后，层压法是制备复合材料的常用方法之一，也是最常用的方法之一、将预先准备好的增强材料与基材层层叠放，然后将叠放好的组合件放入热压机中进行加热和压制。
加热可以使基材热软化，与增强材料更好地结合在一起，压制则可以使组合件中的孔隙被排除，从而提高复合材料的密度和强度。
综上所述，复合材料的制备方法和工艺有多种多样，每一种方法都有其适用的场合和条件。
通过选择合适的制备方法和工艺，可以获得具有理想性能的复合材料。
生物质复合材料
生物质复合材料生物质复合材料是一种由天然植物纤维（如木材、竹材、麻杆等）和高分子基体（如热固性树脂、热塑性树脂等）组成的材料。
它综合了天然纤维的优良性能和高分子基体的可塑性，具有轻质、高强度、环保等特点，被广泛应用于建筑、航空、汽车等领域。
生物质复合材料的制备一般包括纤维制备、基体制备和复合制备三个过程。
纤维制备可以通过切割、磨碎等方式将天然植物纤维加工成一定长度和宽度的颗粒，也可以通过酸碱处理、漂白等方式提高纤维的纯度和力学性能。
基体制备可以选择合适的高分子树脂，并通过聚合反应、交联反应等方式进行合成。
复合制备则是将纤维和基体按照一定的配比混合搅拌，再通过压制、模塑等方式将其成型。
生物质复合材料具有许多优点。
首先，它具有轻质的特点，比重一般在1.0以下，比传统金属材料轻很多。
这可以减轻结构负荷，减少能源消耗。
其次，生物质复合材料具有较高的强度和刚度，可以满足各种对机械性能要求较高的应用场景。
第三，它具有良好的可塑性和加工性，可以根据需要进行模压、注塑等成型工艺，制备各种形状的复合件。
第四，生物质复合材料来源广泛，资源丰富，具有很强的环保性，可以有效减少对传统化石能源的依赖，减少二氧化碳排放。
在建筑领域中，生物质复合材料可以用于制作墙板、地板、门窗等室内装饰材料。
它具有良好的隔热性能和耐候性能，具有一定的防火性能，可以提高室内空间的舒适度和安全性。
在航空领域中，生物质复合材料可以用于制作飞机和直升机等飞行器的结构件。
它的轻质高强特点可以减轻飞行器自重，提高飞行速度和载重能力。
在汽车领域中，生物质复合材料可以用于制作车身、座椅等零部件。
它的高强度可以提高汽车的安全性能，同时具有良好的吸音性能，提高驾乘舒适度。
综上所述，生物质复合材料是一种具有广泛应用前景的新型材料。
它的轻质、高强、环保等特点使其在建筑、航空、汽车等领域具有很大的潜力。
随着技术的不断进步和生产工艺的不断改进，相信生物质复合材料将会有更广阔的市场前景。
复合材料与工程专业就业方向及前景分析
复合材料与工程专业就业方向及前景分析引言复合材料与工程专业是近年来兴起的新兴学科，它融合了化学、材料科学和工程学的知识，培养了一批具备复合材料设计、制备和应用能力的人才。
随着科技的不断发展和应用领域的不断扩大，复合材料与工程专业的就业前景也越来越广阔。
本文将对复合材料与工程专业的就业方向及前景进行分析。
就业方向1. 材料制备与加工领域复合材料的制备和加工是该专业毕业生最主要的就业方向之一。
毕业生能够应用自己所学的知识和技能，在材料制备和加工过程中发挥重要作用。
他们可以在航空航天、汽车、建筑等领域从事复合材料的制备、成型和加工工作，负责材料性能测试、生产优化和质量控制等工作。
例如，他们可以在航空航天公司从事复合材料零部件的制造，为航空航天行业提供更轻、更强的材料。
2. 工程设计与研发领域复合材料与工程专业的毕业生还可以从事工程设计与研发工作。
他们可以参与新产品的设计与研发，应用复合材料的特性和性能，提供创新的解决方案。
他们可以在航空航天、能源、环保等领域从事工程设计与研发工作，为解决现实问题提供科技支持。
例如，他们可以在能源公司从事新型太阳能电池板的研发，为可再生能源行业做出贡献。
3. 咨询与管理领域复合材料与工程专业的毕业生还可以从事咨询与管理工作。
他们可以成为材料企业的技术咨询顾问，为企业提供技术支持和决策建议。
他们也可以担任项目管理岗位，负责复合材料项目的规划、组织和执行。
例如，他们可以在咨询公司担任复合材料项目经理，为企业提供全面的技术和管理咨询服务。
就业前景复合材料与工程专业的就业前景广阔。
首先，随着科技的不断发展和创新，复合材料已经成为许多领域的重要材料。
航空航天、汽车制造、能源等行业对复合材料的需求不断增加。
因此，复合材料与工程专业的毕业生将有很大的就业机会。
其次，复合材料具有轻量化、高强度和耐腐蚀等优异特性，被广泛应用于新能源、环保和卫生医疗等领域。
未来随着这些领域的发展，对复合材料的需求将会不断增加，为专业毕业生提供更多的就业机会。
复合材料的制备与加工
复合材料的制备与加工复合材料的定义将两种或两种以上组织结构不同的物质自然地或人为地构成性质不同的另一种多相材料，称为复合材料。
复合材料由基体和增强材料组成。
基体的作用是将增强材料粘合成一个整体，起到均衡应力和传递应力的作用，使增强材料的性能得以充分发挥，产生一种复合效应【聚合物基体(热固型树脂、热塑性树脂、橡胶)、无机非金属基体、金属基体】增强材料是复合材料的主要承力部分，如拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等力学性能主要有增强材料承担。
【纤维、颗粒、片状】复合材料的分类【按增强体的形状分】颗粒增强复合材料；夹层增强复合材料；纤维增强复合材料【按基体材料的类型】树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料•常用复合材料增强体纤维：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、氮化硼纤维、碳化硅纤维、芳纶纤维、金属纤维、晶须；颗粒：金属颗粒(延性颗粒增强体，用于脆性基体)、氧化物颗粒(刚性颗粒增强体，如Al2O3、ZrO2、TiO2等)、非氧化物颗粒(Si3N4、SiC、TiB2、BC等)；片状：云母、玻璃片、铝、铍、银等•FRP复合材料的成型工艺(开模成型、拉挤成型、预浸带压制成型)预浸带压制成型：将一定量经一定预处理的模压料放入预热的模具内，施加较高的压力使模压料填充模腔。
在一定的压力和温度下使模压料逐渐固化，然后将制品从模具内取出，再进行必要的辅助加工即得产品。
【热塑性树脂成型】拉挤成型：在牵引设备的作用下，将浸渍树脂的连续纤维或其织物通过成型模加热使树脂固化，生产复合材料型材的工艺方法。
【热塑性树脂成型】步骤：1)使纤维增强材料浸渍树脂；2)玻璃纤维预成型后进入加热模具内，进一步浸渍(挤胶)、基本树脂固化、复合材料定型；3)将型材按要求长度切断。
增强材料浸渍树脂方式：槽浸渍法+注入浸渍法开模成型：开模成型是在室温下，在有胶衣的模具上铺层。
【热固性树脂成型】手糊成型：使用手工将材料、树脂和纤维铺设到模具上的过程。
刷子、滚子、浸渍喷枪是可以用来铺设树脂的工具。
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四、混合结合
在实际的分散强化复合材料中，界面的结合 往往可能是上述三种基本结合形式的某两种、或 三种形式共同产生作用的混合结合形式。例如粘 结与溶解、溶解与化学反应等。即使是单一的粘 结结合，如上所述，也可能是几种机理（例如机 械粘结与扩散）同时发挥作用。
复合材料制备与加工
2.1.3 层状（接合型）复合材料的界面
（2）强化相与基体热性能匹配程度微裂纹，因而影响界面结合强度。
（3）强化相与基体界面的物理与化学性能匹配程度 能否产生界面浸润、扩散或化学反应等作用。
（4）制备与成形工艺的选择 制备与成形工艺不同，对界面产生浸润、扩散或化学反应
复合材料制备与加工
复合材料制备与加工
第二章 复合材料的界面与设计
2.1 复合材料的界面
基体和增强相之间化学成分有显著变化、构 成彼此结合的、能传递载荷作用的区域称之为界 面。
在许多情况下，界面是具有层次的，即沿界面 的法线方向存在具有一定厚度、且成分、组织和 性能不同于基体和强化相的区域，而不只是一个 简单的接触面。
数不同，或由于基体的固化收缩而引起附加应力。附加应力 可引起局部应力集中，形成微裂纹，降低复合材料的性能。 而对增强相进行某种处理后，复合材料的性能可以得到改善。 因而认为这是由于处理剂在强化相表面形成了一层塑性层， 可以松弛界面附近应力集中的缘故。 （4）扩散层理论
认为界面粘结是由于发生了扩散现象而实现的。
复合材料制备与加工
二、溶解结合
溶解结合是基体与强化相之间在充分润湿的情形下产生一 定相互溶解的界面结合形式，具有较高的界面结合强度。
但同时由于溶解作用而对强化相产生损伤作用，容易导致 纤维增强复合材料中界面的不稳定，复合材料强度下降。
这种情形对于在高温下使用的复合材料尤其严重，因为许 多复合材料在常温下界面不发生溶解现象，而在高温下甚至 可以产生显著的溶解作用，从而导致复合材料的界面在高温 条件下变得非常不稳定，最终导致材料的失效。
结合强度过高时，反而会使复合材料的强度与韧性下降。 强化相多为强度高而塑性差的材料，当界面结合强度过高
时，不利于基体材料的充分塑性变形，容易产生脆性断裂。
复合材料制备与加工
影响界面结合强度的因素
（1）强化相几何形状、表面形貌与质量 一般认为纤维状的强化相与基体之间的结合强度，比颗粒状 的强化相的要好；表面粗糙的强化相与基体之间的结合强度 较高。
2.2.1 概述 复合材料设计包括以下几个方面的内容。 (1) 性能设计 根据组元的性能、形状、分布与取向、组成比等 对复合材料性能的影响规律，设计出所需性能。 复合材料的性能包括三个方面：物理性能、力学 性能以及可加工性能。
复合材料制备与加工
物理性能包括密度、热容量、线膨胀系数、热传 导率以及电磁性能等，其中对于分散强化型复合 材料，以密度、热膨胀系数最受重视； 力学性能主要有弹性系数、强度、断裂韧性与耐 磨损性能等； 可加工性是指对所制得的复合材料进行二次加工 （赋予材料以所需形状或直接加工成制品的塑性 变形或机加工）的性能，并影响到后述的经济性。
复合材料制备与加工
(2) 制备与加工工艺设计
复合材料制备与加工
三、反应结合
基体与强化相发生化学反应，在界面形成反应 物的一种结合形式，称为反应结合。这类结合 尤其多见于金属基和陶瓷基复合材料。
形成反应结合的界面结合强度，取决于反应物 的种类和反应层的厚度。当反应物为脆性化合 物且反应层厚度较大时，由于对强化相（例如 纤维）的损伤较大，往往导致复合材料强度的 降低。因此，对于反应结合型复合材料，反应 层厚度与界面稳定性的控制是非常重要的。
界面结合机理大致分为四种类型：纯机械结合（残 余应力结合）、机械粘结、扩散结合、反应结合。
纯机械结合依靠残余应力实现，例如镶套、热装； 机械粘结是通过塑性变形等而实现的（如冷变形条件 下形成的结合），此时的界面结合形式主要为凹凸界 面的相互啮合和原子级金属键合。
复合材料制备与加工
当实现复合的塑性变形在一定温度下进行时，异质 金属在复合过程中伴随扩散作用，从而使界面结合成 为扩散结合形式，一般将其称为冶金结合或金属学结 合。
经冷加工复合的层状复合材料，为了获得较高的界 面质量，可以通过适当的热处理促进界面的扩散，获 得扩散结合界面。
当两种活性较高的金属在较高温度下进行变形复合， 或进行热处理时，容易产生界面反应，生成化合物。
通常采用低温复合、或冷变形复合后进行低温扩散 热处理等方法予以避免。
复合材料制备与加工
2.2 复合材料设计
复合材料制备与加工
（2）化学键理论 认为粘结界面上的结合力是由化学键所引起的。当对强化相 表面进行处理时，许多情形下就是要在强化相的表面形成涂 层,它能与基体和强化相表面之间产生化学作用（如形成共价 键），以获得理想的界面粘结强度。
（3）可形变层理论 在复合材料在制备过程中，由于强化相与基体的热膨胀系
等作用的影响不同。
复合材料制备与加工
2.1.2 界面结合形式
一、粘结结合 基体与增强相之间通过粘结作用而形成的一种界面结合形 式。
（1）表面润湿理论 界面的结合主要依靠液态基体对增强相的润湿作用，其
界面结合模式主要有两种：机械粘结与物理吸附。 机械粘结模式认为，固态增强相的表面存在许多微小的凹 凸、孔隙与裂纹，液态基体浸入这些微小缺陷中而形成机 械铆钉式的结合作用。 物理吸附模式认为，润湿作用的实质，就是基体与增强相 之间发生了具有范德华力的物理吸附作用。
界面在复合材料中所占的比例很大，在复合材 料中有着极为重要的作用。
复合材料制备与加工
2.1.1 界面对复合材料性能的影响
具有良好结合强度的界面，可以产生下列强化效应： （a）阻止裂纹的扩展，提高材料的韧性； （b）通过应力传递，使强化相承受较大的外载荷，提高复 合材料的承载能力； （c）分散和吸收各种机械冲击和热冲击的能量，提高抗外加 冲击的能力； （d）使强化相与基体产生既相互独立又相互协调的作用， 弥补各自的缺点，获得新的材料使用性能。