第四章 复合材料的焊接(1)要点

主货舱门---碳纤维/环氧树脂 压力容器---凯芙拉纤维/环氧树脂 主机隔框和翼梁--硼/铝复合材料
发动机的喷管---碳/碳复合材料 发动机组传力架--钛基复合材料 机身防热瓦---陶瓷基复合材料
1、复合材料Biblioteka Baidu本概念
1.1 复合材料概念
什么是复合材料 (Composition Materials , Composite) ? 要给复合材料下一个严格精确而又统一的定义是很困难 的。概括前人的观点，有关复合材料的定义或偏重于考虑复 合后材料的性能，或偏重于考虑复合材料的结构
复合材料的组成
基体 Matrix
增强相
Reinforcement
界面 Interface
复合材料的结构通常是一个相为连续相，称为基体；而 另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，与连 续相相比，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著增 强，故常称为增强体 (也称为增强材料、增强相等)。
复合材料的性能特点
1
2
3
4
比强度与 比模量高
化学稳定性 优良（管道）
减摩、耐磨、 自润滑性好 （掺入纤维）
耐热性高、 高抗冲击性
（1）轻质高强，比强度和比刚度高 Ａ、增强剂或者基体是比重小的物质，或两者的比重都 不高，且都不是完全致密的； Ｂ、增强剂多是强度很高的纤维。 比强度（指强度与密度的比值）和比弹性模量是各类材 料中最高的。 例如，普通碳钢的密度为7.8 g/cm3。玻璃纤维增强树脂 基复合材料的密度为1.5~2.0 g/cm3，只有普通碳钢的1/4—1/5， 比铝合金还要轻1/３左右，而机械强度却能超过普通碳钢的 水平。
第四章 复合材料的焊接
第一节 金属基复合材料的焊接
材料种类
金属材料
特性
强度大，易腐蚀
无机非金属材料
高分子材料
硬度大，脆性大
质量轻，易老化
复合材料
Composite material
无处不在的复合材料
土房---草增强泥基复合材料
玻璃钢撑杆
钢筋混凝土建筑框架
复合材料在航天领域中的应用
“哥伦比亚号” 航天飞机
（2） 耐腐蚀性能好 对于有耐腐蚀性能要求的产品，设计时可以选用耐腐 蚀性能好的基体树脂和增强材料； 聚合物基复合材料具有优异的耐酸性能、耐海水性能、
也能耐碱、盐和有机溶剂。因此．它是一种优良的耐腐蚀材 料，用其制造的化工管道、贮罐、塔器等具有较长的使用寿 命、极低的维修费用。
（3）耐磨性能好 陶瓷基复合材料具有优异的耐磨性。设计时可选用耐 磨性好的陶瓷基体和增强材料。
（1）强调基体时以基体材料的名称为主。如树脂基复合
材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
（2）强调增强体时以增强体材料的名称为主。如玻璃纤 维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强 复合材料等。 （3）基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方法 常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材 料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面。
多相合金。
满足下列条件的材料称为复合材料：
（1）复合材料必须是人造的，是人们根据需要设计制
造的材料； （2）复合材料必须由两种或两种以上化学、物理性质 不同的材料组分，以所设计的形式、比例、分布组合而成， 各组分之间有明显的界面存在； （3）复合材料保持各组分材料性能的优点，并增加单 一组成材料所不能达到的综合性能。
某些复合材料形态特征的天然物质）；
3、组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有
的物理和化学性质（区别于化合物和合金）；
4、复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。复合 材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单个 组分材料性能所不及或不同的；
5、复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料。
复合材料的基体
• 连续相
• 起到将增强体黏结成整体，并赋予复合材料一定 的形状、传递外界作用力、保护增强体免受外界 环境侵蚀的作用。
• 基体主要有聚合物、金属、陶瓷、水泥
复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分
有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作
用的微小区域。
1、外力场 2、基体 3、基体表面区 4、相互渗透区 5、增强剂表面区 6、增强剂 复合材料的界面示意图
界面的特点
性能和结构上不同于基体和增强材料 具有一定的厚度 连接基体与增强体材料 能够传递载荷
复合材料的性能取决于：
（1）基体和增强体的性能；
（2）增强体的含量、分布、形态及尺寸大小；
（3）基体和增强体的界面结合强度。
1.2 复合材料的特点
以下面五点概括了复合材料的基本特点： 1、复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的； 2、复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有
F．L. Matthews和Ｒ．D．Rawlings认为，复合材料 是两个或两个以上组元或相组成的混合物，并应满足下面 三个条件：
(1) 组元含量大于5％；
(2) 复合材料的性能显著不同于各组元的性能， (3) 通过各种方法混合而成。
按Matthews和Rawlings给出的定义，钢铁及其合金
不应属于复合材料，如Co-Cr-Mo-Si合金不属于复合材
三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。
上述复合材料的定义较易被普遍接受，它不仅明确指
出复合材料是“通过人工复合的”和“有特殊性能的”材
料，而且还指明了复合材料的组分、结构特点及与其他种
材料（如简单混合物、化合物、合金）的特征区别。
根据上述复合材料的定义，复合材料应不包括自然形
成的具有某些复合材料形态的物质、化合物、单相合金和
料，因为这种合金经过熔化和凝固过程；而仅有像SiC 颗粒强化的Al合金这种混合而成的材料才属于复合材料。 因此有人认为可将复合材料划分为广义复合材料和狭义 复合材料。
从广义上讲，复合材料是由两种或两种以上不同化学性质 的组分组合而成的材料。
复合材料可定义为：用经过选择的、含一定数量比的两种
或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合、组成多相、
（4） 长期耐热性、高耐冲击性 金属基和陶瓷基复合材料能在较高的温度下长期使用， 但是聚合物基复合材料不能在高温下长期使用，即使耐高温 的聚酰亚胺基复合材料，其长期工作温度也只能在300 ℃左 右。
2、复合材料的命名
复合材料在世界各国还没有统一的名称和命名方法， 比较共同的趋势是根据增强体和基体的名称来命名，通常 有以下三种情况：