西安交大复合材料课件

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缺点:脆性大、易氧化 (3)硼纤维
它是用化学沉积法将非晶态的硼涂覆到钨丝上而制得的。具有 高 熔 点 ( 2300℃ ) 、 高 强 度 ( 2450 ~ 2750MPa ) 、 高 弹 性 模 量 (3.8~4.9×105MPa)。具有良好的抗氧化性、耐蚀性。
缺点:密度大、直径较粗及生产工艺复杂、成本高、价格昂贵。 (4)碳化硅纤维
6.3 常用的复合材料
一、纤维增强复合材料
1.常用增强纤维
主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、Kevlar有机 物纤维等。
玻璃纤维布
玻璃纤维绳 玻璃纤维纸
纳 米 碳 管 纤 维
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玻璃纤维绳
碳 纤 维 绳
(1)玻璃纤维
按玻璃纤维中Na2O和K2O的含量不同,可将其分为无碱纤维(碱 的质量分数<2%)、中碱纤维(碱的质量分数为2%~12%)、高碱纤 维(碱的质量分数>12%)。随着碱量的增加,玻璃纤维的强度、绝 缘性、耐蚀性降低。
它是用碳纤维作底丝,通过气相沉积法而制得。具有高熔点、 高强度、高弹性模量。其突出特点是具有优良的高温强度,在 1100℃时其强度仍高达210西0安M交Pa大。复合材料课件
(5)Kevlar有机纤维(芳纶、聚芳酰胺纤维) 特点:比强度、比模量高;其强度可达2800~3700MPa;密度
小,只有1.45 g/㎝3;耐热性比玻璃纤维好。它还具有优良的抗疲 劳性、耐蚀性、绝缘性和加工性。
2.纤维―树脂复合材料 (1)玻璃纤维―树脂复合材料
亦称玻璃纤维增强塑料,也称玻璃钢。 1)热塑性玻璃钢 它是由20%~40%的玻璃纤维和60%~80%的热塑性树脂(如尼龙、 ABS等)组成,具有高强度和高冲击韧性,良好的低温性能及低热膨 胀系数。
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2) 热固性玻璃钢 它是由60%~70%玻璃纤维(或玻璃布)和30%~40%热固性树脂 (环氧、聚酯树脂等)组成。 主要优点:密度小、强度高,耐蚀性、绝缘性、绝热性好;吸 水性、防磁、微波穿透性好,易于加工成型。 缺点:弹性模量低,热稳定性不高,只能在300℃以下工作。
系数的特点。
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(3)纤维―铜(或合金)复合材料 由石墨纤维与铜(或铜镍合金)组成的材料。为了增强石墨纤
维和基体的结合强度,常在石墨纤维表面镀铜或镀镍后再镀铜。石 墨纤维增强铜或铜镍合金复合材料具有高强度、高导电性、低的摩 擦因数和高的耐磨性,以及在一定温度范围内的尺寸稳定性。
4.纤维―陶瓷复合材料 用碳(或石墨)纤维与陶瓷组成的复合材料能大幅度提高陶瓷 的冲击韧性和抗热振性,降低脆性,而陶瓷又能保护碳(或石墨) 纤维在高温下不被氧化。因而这类材料具有很高的强度和弹性模量。 除上述三大类纤维增强复合材料外,近年来研制了多种纤维增 强复合材料,例C/C复合材料、混杂纤维复合材料等。
3.纤维―金属(或合金)复合材料 纤维增强金属复合材料是由高强度、高模量的脆性纤维(碳、 硼、碳化硅纤维)与具有较高韧性及低屈服强度的金属(铝及其合 金、钛及其合金、铜及其合金、镍合金、镁合金、银铅等)组成, 具有高的横向力学性能、高的层间剪切强度;冲击韧性好、高温强 度高、耐热性、耐磨性、导电性、导热性好;不吸湿、尺寸稳定性 好、不老化等优点。 (1)纤维―铝(或合金)复合材料 1)硼纤维―铝(或合金)基复合材料。 硼和铝在高温易形成AlB2,与氧易形成B2O3,故在硼纤维表面要 涂一层SiC以提高硼纤维的化学稳定性。 特点:具有高弹性模量,高抗压强度、抗剪强度和疲劳强度。
应用:主要用于制造飞机和航天器的蒙皮、航空发动机叶片等。
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2)石墨纤维―铝(或合金)基复合材料。
由Ⅰ型碳纤维与纯铝或形变铝合金、铸造铝合金组成。
特点:具有高比强度和高温强度,在500℃时其比强度为钛合 金的1.5倍
应用:主要用于制造航天飞机的外壳、飞机蒙皮。
3)碳化硅纤维―铝(或合金)复合材料
碳纤维。
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在2500~3000℃高温的氩气中进行石墨化处理,就可获得含碳 量为Wc98%以上的碳纤维,又称石墨纤维或高模量碳纤维,也称Ⅰ 型碳纤维。
特点:与玻璃纤维相比,碳纤维具有密度小(1.33~2.0g/㎝3), 弹性模量高(2.8~4×105MPa);高温及低温性能好,导电性好、 化学稳定性高、摩擦因数小、自润湿性好。
特点:强度高,抗拉强度可达1000~3000MPa;弹性模量比金 属低得多,为(3~5)×104MPa;密度小,为2.5~2.7g/cm3;化学 稳定性好;不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、吸声、绝缘等。
缺点:脆性较大、耐热性低,250℃以上开始软化。
优点:价格便宜、制作方便
(2)碳纤维
碳纤维是人造纤维(粘胶纤维、聚丙烯腈纤维等),是在200~ 300℃空气中加热并施加一定张力进行预氧化处理,然后在氮气的保 护下于1000~1500℃的高温中进行碳化处理而制得。其碳含量 Wc85%~95%。由于其具有高强度,因而称高强度碳纤维,也称Ⅱ型
它是由碳化硅纤维与纯铝(或铸造铝合金、铝铜合金等)组成 的复合材料。
特点:具有高的比强度、比模量,硬度高。
应用:用于制造飞机机身结构件及汽车发动机的活塞、连杆等。
(2)纤维―钛合金复合材料
由硼纤维或改性硼纤维、碳化硅纤维与钛合金(Ti—6Al—4V) 组成。它具有低密度、高强度、高弹性模量、高耐热性、低热膨胀
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(2)碳纤维―树脂复合材料
最常用的是碳纤维与聚酯、酚醛、环氧、聚四氟乙烯等树脂组 成的复合材料,具有高强度、高弹性模量、高比强度和比模量,还 具有优良的抗疲劳性能、耐冲击性能、自润滑性、减摩耐磨性、耐 蚀性及耐热性。缺点是纤维与基体结合力低。
(3)硼纤维―树脂复合材料
主要由硼纤维与环氧、聚酰亚胺等树脂组成。具有高的比强度、 比模量,良好的耐热性。其缺点是各向异性明显。
(4)碳化硅纤维树脂复合材料
由碳化Leabharlann Baidu纤维与环氧树脂组成的复合材料,具有高的比强度、 比模量。
(5)Kevlar纤维树脂复合材料
由Kevlar纤维与环氧、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等树脂组成。 主要性能特点是抗拉强度大于玻璃钢,而与碳纤维―环氧树脂复合 材料相似;延性好,与金属相当;其耐冲击性超过碳纤维增强塑料; 其疲劳抗力高于玻璃钢和铝西安合交金大复;合减材振料课能件力为钢的8倍。
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