碳纤维复合材料在航空航天领域的应用PPT课件
碳碳复合材料ppt课件
循环浸渍－碳化曲线反映了浸渍－碳化工艺特点：
❖ 在进行1～3次浸渍碳化时，复合材料的密度增加较快， 从预制体密度（约1.2～1.3g/cm3）增加到1.6g/cm3以上；
❖ 从第四次循环浸渍碳化开始，则每次复合材料的密度增 加相对较慢。
❖ 为了减少浸渍－碳化次数，提高浸渍碳化效率和改善复 合材料的性能，一般采用真空压力浸渍工艺，形成了压 力浸渍碳化工艺（PIC, Pressure Impregnation Carbonization）。并且在沥青液态浸渍－碳化工艺中得 到应用。
沥青碳化率＝0.95QI＋0.85(BI-QI)+(0.3-0.5)BS
因此，沥青的碳化率随高分子量芳香族化合物的含量增加而增加。 最高的碳化率达90％，但与碳化时的压力有关。当碳化压力增强时， 低分子量物质挥发气化，并在压力下热解得到固态沥青碳。
★ 沥青碳化特性
★ 沥青碳化特性
沥青的压力碳化经历以下过程：
沥青液态压力浸渍－碳化 工艺是在常压、250℃下先浸 渍，然后在此温度下加压至 100MPa压力下继续浸渍，再 此压力下经650℃碳化。
同样需经历多次PIC工艺 使/C复合材料致密化。
● HIPIC工艺
HIPIC工艺是热等静压浸 渍碳化工艺（Hot Isostatic Pressure Carbonization）,即 在等静压炉中进行PIC工艺。
沥青、树脂浸渍-碳化与CVD裂解碳填充孔隙的区别
C/C复合材料CVD/CVI工艺的种类主要有：
❖ 等温 (Isothermal)法； ❖ 压力梯度 (Pressure gradient)法； ❖ 温度梯度(Thrmal gradient)法； ❖ 化学液气相沉积法（Chemical Liquid Vapour
碳纤维材料PPT优秀课件
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六、耐高温性能好
碳纤维在400℃以下性能非常稳定，甚至在1000℃时 仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐 热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右，陶 瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本 身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航 空航天工业。
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四、耐化学腐蚀性好
从碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是 最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外，对酸、碱和有 机化学药品都很稳定，可以制成各种各样的化学防腐制品。 我国已从事这方面的应用研究，随着今后碳纤维的价格不 断降低，其应用范围会越来越广。
五、耐磨性好
碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石 棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材料。
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碳纤维原丝企业
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就全球碳纤维产能来看，前 5大碳纤维生产企业市场 占有率达到 60%以上，其中 Toray 产能占比 18%
全球前 5 大碳纤维生产企业产能占比 61%
全球小丝束碳纤维行业集中度
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主要碳纤维企业产品领域
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碳纤维材料
碳纤维的分类
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碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、 沥青基 碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维
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根据丝束大小可分为： 大丝束 • 工业级 • 每束碳纤维的根数等于或大于 46000-48000根。 • 一般指48~480K • 价格便宜。
《碳碳复合材料简介》课件
高强度与高刚度
具有出色的强度和刚度，适用 于要求高强度和轻质化的领域。
良好的耐损性
具有优异的耐磨、耐热疲劳和 耐腐蚀性能。
碳碳复合材料的应用领域
1
航空航天
广泛应用于飞机结构、发动机部件和导弹热防护等领域。
2
能源工业
用于核电站中的炭碳复合材料管道和储罐，以及燃烧器等高温设备。
3
汽车工业
用于制造高性能汽车制动系统、排气系统和座椅结构。
碳碳复合材料的优势与局限性
优势
高温性能卓越，具有较高的强度和刚度。
局限性
制备工艺复杂，生产成本较高。
碳碳复合材料的发展趋势
随着技术的进步，碳碳复合材料将继续发展，更广泛地应用于航空航天、能 源、汽车等领域。同时，制备工艺将更加成熟，并不断降低生产成本。
结论和总结
碳碳复合材料具有独特的优点，是一种重要的高性能材料。它在航空航天、能源和汽车工业等领域发挥着重要 作用，并有着广阔的发展前景。
《碳碳复合材料简介》 PPT课件
碳碳复合材料是一种由碳纤维和炭素基体组成的高性能复合材料。它具有高 强度、高刚度、高温性能和优异的耐损性。
什么是碳碳复合材料
碳碳复合材料是一种由碳纤维和炭素基体组成的复合材料。碳纤维提供高强 度和高刚度，炭素基体则提供高温抗氧化性能。
碳碳复合材料的制备方法
1 化学气相沉积 (CVD)
通过化学反应在碳纤维表 面沉积炭素来制备碳碳复 合材料。
2 航空电弧加热法 (AIR) 3 热解石墨化 (HTI)
利用航空电弧对碳纤维进 行加热，使其与炭素基体 结合。
先将碳纤维石墨化，然后 与绿石墨和残余碳反应形 成碳碳复合材料。
碳碳复合材料的性质与特点
碳纤维复合材料在飞机上的应用
碳纤维复合材料在飞机上的应用1.碳纤维复合材料在飞机上广泛用于制造机身和机翼。
Carbon fiber composites are widely used in aircraft for manufacturing fuselage and wings.2.碳纤维复合材料具有轻量化和高强度的特性，能够减轻飞机的重量并增加其飞行性能。
Carbon fiber composites have the characteristics of lightweight and high strength, which can reduce the weight of the aircraft and increase its flight performance.3.碳纤维复合材料还具有优异的耐腐蚀性能，能够延长飞机的使用寿命。
Carbon fiber composites also have excellent corrosion resistance, which can prolong the service life of the aircraft.4.部分飞机结构采用碳纤维复合材料制造，能够提高飞机的整体刚性和稳定性。
Some aircraft structures are made of carbon fiber composites, which can improve the overall rigidity and stability of the aircraft.5.由于碳纤维复合材料的优异性能，飞机燃油消耗量减少，降低了运营成本。
Due to the excellent performance of carbon fiber composites, aircraft fuel consumption is reduced, which lowers the operating costs.6.碳纤维复合材料还能够提高飞机的动力性能，加速起飞和爬升过程。
碳纤维在航空领域的应用
碳纤维结构
理想的石墨点阵结构 属六方晶系，真实的 碳纤维结构属于乱层 石墨结构。
石墨的六方晶体结构
石墨层片
石墨微晶 乱层结构
石墨原纤 条带结构
碳纤维
一级结构单元
二级结构单元
三级结构单元
特性/性能——轻且强 轻质——密度 1.5∼2.1 g/cm3 高比强度——比绝大多数金属高7倍以上 高比模量——金属的5倍以上 拉伸强度在2.2Gpa以上 热膨胀系数小 导热性好，接近于钢铁——可作为太阳能集热 器材料、传热均匀的导热壳体材料。 • 耐高温，3000℃不融不软 • 耐强酸、强碱及强有机溶剂的浸蚀 • 耐磨性好——已做为飞机和汽车的刹车片 • • • • • •
碳纤维及其复合材料的成型制备技术
准备模具 碳纤维铺于模腔内 注入树脂胶液 固化 脱模
热缩工艺
碳纤维及其复合材料的成型制备技术
真空袋压成型
预浸料叠层和其他工艺辅 助材料组合在一起，构成
一个真空袋组合系统，在
热压罐中一定压力（包括 真空袋内的真空负压和袋
外正压）和温度下固化，
制成各种形状的制件。
碳纤维复合材料应用
碳纤维复合材料的成型
碳纤维复合材料 • 碳纤维可与树脂，塑料，陶瓷、玻璃、金属等 多种材料形成复合材料。 • 特点： 强度高，重量轻，刚性好，抗疲劳性能好 • 主要作为减重结构材料和烧蚀放热材料，应用 于航天航空，也广泛用于机械，如汽车工业、 体育用品及生物材料。
碳纤维复合材料的制备技术
RTM/RFI工艺 模压成型 缠绕成型 电子束固化成型 拉挤成型 真空袋压成型 化学气相沉淀法 静电纺丝法
碳纤维及其在航空：
提 纲
• 碳纤维的基本介绍
图文解说高性能碳纤维在航空领域的应用
图文解说高性能碳纤维在航空领域的应用1 碳纤维在飞机结构中应用飞机结构分为主要结构(primary structure，又称初级结构)和辅助结构（secondary structure，又称次级结构)两大类。
其中初级结构包含重要结构和其它主要结构。
重要结构指传递飞行、地面或者增压载荷的关键结构件或者关键结构组件，结构件一旦失效，将导致飞机灾难性事故。
次级结构仅传递局部气动载荷或者自身质量力载荷的结构，结构失效不影响结构持续适航性/飞行安全。
大多数次级结构主要作用为保证飞机气动外形、降低飞行。
飞机主要结构和辅助结构主要结构如图1所示。
图1 飞机初级、次级结构主要组成碳纤维在飞机结构件中首先是作为次级结构件应用，而且一般用量也不高，后续碳纤维性能稳定和提升，开始逐渐用于航空飞机的初级结构，碳纤维在飞机中初级、次级结构应用实例分别如图2、图3所示。
图2 碳纤维在飞机初级结构中应用图3 碳纤维在飞机次级结构中应用2 碳纤维复合材料在飞机领域用量碳纤维复合材料在军机应用比例逐渐增加（图4），如欧洲台风战机碳纤维复合材料用量已占总重50%左右。
碳纤维复合材料在军机应用转折点发生于上世纪70、80年代，由美国原麦道公司（现波音/Boeing）研发的F/A-18系列战机。
1976年原麦道公司率先研制了F/A-18的复合材料机翼，碳纤维复合材料的用量首次超过10%，后续通过进一步采用自动铺丝技术为FA-18E/F制造CFRP的12块机身蒙皮，10块进气管蒙皮，4块水平尾翼蒙皮，碳纤维复合材料用量也突破20%。
目前国外军机上碳纤维复合材料用量约占机重20%~50%。
图4 碳纤维复合材料在军机中用量目前碳纤维复合材料在波音787和空客A350商业民用飞机中用量也达到50%及以上（图5）。
在波音B787飞机中，碳纤维复合材料已广泛应用在机翼、机身、垂尾、平尾、机身地板梁、后承压框等部位。
波音787是全球首个同时采用碳纤维复合材料机翼和机身的大型商用客机。
碳纤维课件ppt
碳纤维的环保意义
05
与价值
减少对传统材料的依赖
01
碳纤维作为一种高性能材料，可 以替代部分传统金属材料，降低 对矿产资源的开采和加工需求， 从而减少对环境的破坏和污染。
02
碳纤维的制造过程相对环保，不 需要经过高温熔炼，可以减少能 源消耗和碳排放。
降低碳排放，助力碳中和目标
碳纤维的制造和使用过程中，碳排放 量相对较低，有助于实现碳中和目标 。
汽车工业领域
车身结构
碳纤维复合材料能够显著 减轻汽车重量，提高燃油 效率和性能，因此在车身 结构中广泛应用。
汽车零部件
碳纤维复合材料也用于制 造汽车零部件，如发动机 罩、车门、车顶等。
电动汽车电池组
碳纤维复合材料在电动汽 车电池组中作为结构材料 ，能够提高电池组的强度 和刚度。
体育器材领域
自行车
VS
建筑补强
碳纤维复合材料也用于对建筑结构进行加 固和补强，提高结构的承载能力和耐久性 。
其他领域
压力容器和管道
碳纤维复合材料在制造高压容器和管道中作为结构材料，能够承受高压力和温度。
电子设备
碳纤维在制造电子设备中也有广泛应用，如电路板、连接器和外壳等。
碳纤维的未来发展
04
与挑战
碳纤维的研发进展
影响因素：生产工艺对碳纤维的性能 有很大影响，如温度、压力、时间等 工艺参数都会影响碳纤维的结构和性 能。
碳纤维的性能优势
02
高强度与轻量化
总结词
碳纤维具有高强度和轻量化的特性，使其成为高性能材料的 重要选择。
详细描述
碳纤维是一种高性能纤维，其强度和刚度都非常高，能够承 受较大的压力和弯曲应力。同时，碳纤维的密度非常低，比 传统的金属材料轻得多，因此使用碳纤维可以大大减轻产品 的重量。
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用林德春 潘 鼎 高 健 陈尚开（上海市复合材料学会） （东华大学） （连云港鹰游纺机集团公司）碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在 90%以上。
具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。
特别是在 2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。
此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。
因此，碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域， 在航空航天领域的光辉业绩， 尤为世人所瞩目。
可以明显看出，在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加，2006年比2001年增长约40%，2008年增长约76%，2010年和2001年相比增长超过100%。
本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP ）在航空航天领域应用的新进展。
1 航空领域应用的新进展T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用，目前应用较多的 为拉伸强度达到 5.5GPa ，断裂应变高出 T300 碳纤维的 30％的高强度中模量碳纤维 T800H 纤维。
（1）军品碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。
在战斗机和直升机上，碳纤维 复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。
国外将碳纤维/环 氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了 明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身 段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。
用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。
碳纤维复合材料在航天领域的应用_李威
。 CFRP 所具有的上述
若应用于航天结构， 可比常规的金属结 优异特性， 构减重 30% 左右， 对减轻质量和可设计性而言是 CFRP 最具发展和 应 用 潜 力 的 先 进 材 料。 目 前，
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中国光学
［12 ］
第4 卷
已经被广泛应用在国内外航天领域中 航天结构先进性的重要标志之一 。
。 人们
的品种较多， 性能较好。 表 1 为其产品
的力学性能。
碳纤维性能
Properties of carbon fibers 伸长率 / % 1． 5 1． 8 1． 8 2． 1 2． 2 1． 1 1． 2 1． 0 0． 8 0． 8 1． 3 1． 3 1． 9 1． 7 0． 7 0． 5
－1 －3 线密度 / （ g·km ） 密度 / （ g·cm ）
［6 ］
。当今， CFRP 在 众 多 的 先 进 复 合 材 料 中，
在技术成熟度与应用范围方面的表现尤为突出 ， 它所具有的高比强度和比模量、 性能可设计和易
表1 Tab． 1 纤维牌号 T300 T300J T400H T700S T1000G M35J M40J M46J M50J M55J M60J M30 M30S M30G M40 M50
［10 ， 11 ］
材料本身及其结构上都有其独特的特点 ： （ 1 ） 密度小
［7 ］
。 CFRP 的密度与镁和铍基本
是其他几种金属材料密度的 0. 20 ～ 0. 57 倍 相当， （ 按碳纤维 M40JB 计算 ） ， 一般来讲， 采用 CFRP 作为结构件材料可使结构质量减轻 30% ～ 40% 。 （ 2 ） 比强度、 比模量高
Application of carbon fiber composites to cosmonautic fields
碳纤维复合材料PPT
碳纤维复合材料PPT
碳纤维复合材料是近几十年来开发的先进材料，具有较高的强度和刚度，特别是在结构轻量化和高性能应用，以及机械和航空航天等领域深受
欢迎，成为现代工业中不可或缺的一部分。
本文将对碳纤维复合材料的性
能进行深入的研究，并探讨其在现代工业中的应用。
一、碳纤维复合材料概述
碳纤维复合材料是一种复合材料，是由碳纤维和其它种类复合而成的
材料。
它由高分子材料和短碳纤维组成，碳纤维可以是碳素物质的任何形式，也可以是合成或天然碳纤维。
由于碳纤维具有较高的强度和弹性系数，所以具有良好的抗拉强度、抗压强度和抗弯曲强度，在结构轻量化和高性
能等领域得到广泛应用。
二、碳纤维复合材料的特点
碳纤维复合材料具有较高的抗拉强度、抗压强度和抗弯曲强度。
碳纤
维复合材料的重量轻、密度小，比强度高，比模量大，具有良好的抗冲击性，弹性恢复性能好，抗潮解能力强，耐腐蚀性好。
此外，碳纤维复合材
料易于加工，可以用钻孔、切削、冲压、热成型等加工方法制作成各种复
杂结构的零件。
三、碳纤维复合材料在现代工业中的应用。
碳纤维复合材料应用 ppt课件
PPT课件
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汇报交流
3 复合材料分类
按基体分
树脂基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料
按增强体分
颗粒增强复合材料 夹层增强复合材料 纤维增强复合材料
PPT课件
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汇报交流
常见复合材料
PPT课件
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汇报交流
碳纤维复合材料分类
碳纤维增强热固性树脂复合材料（CFRTS） 碳纤维增强热塑性树脂复合材料（CFRTP） 碳纤维增强碳基复合材料（C/C） 碳纤维增强金属基复合材料（CFRM） 碳纤维增强陶瓷基复合材料（CFRC） 碳纤维增强橡胶基复合材料（CFRR） 碳纤维增强木材复合材料（CFRW）
PPT课件
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汇报交流
四、笔记本外壳现状
1 聚碳酸酯-工程塑料 （PC-ABS）
PC：优良耐热耐候性、尺寸稳定性和耐冲击性能 ABS: 优良的加工流动性、耐磨性、染色性、成型加工性。万元以下 笔记本电脑中，70%采用的都是以ABS为主的工程塑料 优点：成本较低 、易于加工 、尺寸稳定性好，性价比高 缺点：质量较重 、散热性不佳
PPT课件
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汇报交流
3、工业领域的应用
① 风力发电 据预测，到2020年中国市场将需求超过2.5万台大 容量风机，合计需要CFCM 30000吨。
②碳纤维汽车 汽车传动轴、发动机罩、上下悬架臂等 ③石油开采 抽油杆、张力腿平台、管材等
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汇报交流
4、体育休闲 羽毛球拍、网球拍、钓鱼竿、高尔夫球杆 5、建筑补强
增强体（ reinforcement）——分散相
组成
基体（ matrix）——连续相
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3
汇报交流
2 复合材料特点
复合材料及其在飞机结构中的应用ppt课件
民机复合材料在结构中应用长期以来主要是尾翼级结构，主 要原因是如何突破低成本技术。本世纪中，随着A380，Boeing787和 A350在机翼和机身结构中大量应用复合材料，标志着低成本复合材料 技术已有了突破，进入了新纪元，民机结构的复合材料用量得到了大 幅度增加。
CC22643020.ppt
美国：ACEE计划（1976—1986）
CC22643019.ppt
F-4 Phantom II
Boron/Epoxy Rudder
CC22643020.ppt
上世纪60年代复合材料最初的应用是Boron/epoxy 的F-14的 水平安定面蒙皮和F-15水平与垂直安定面蒙皮。
第一个Carbon/Epoxy 在军机上的应用是F-15 的减速板，占 结构重量的2%。
迫于商业竞争压力不断修改设计方案，提高复合材料用量
2006年底
2006
复合材料用量飙升到52％
2004
拟定复合材料用量增加到45％称为“A350XWB” 方案
碳纤维复合材料用量约为40％
A350复合材料应用情况
选材特点
– 继承和发展A380选材方案 – 大幅提高复合材料应用水平
最新公布的A350XWB各类材料分布
自动铺带机（ATP） 自动丝束铺放（AFP）
RTM
VARTM
RFI
CC22643020.ppt
Automated Tape Laying
Advantages • Greater Pounds/Hr. • Very Consistent • No Debulking Required
Disadvantages • Significant Equipment Cost • Recurring Maintenance • Limited Contour Capability
《碳纤维复合材料》课件
切割与加工
在高温下进行热处理，消除材料中的 内应力，提高其稳定性和耐久性。
根据需要，对碳纤维复合材料进行切 割和加工，以满足不同应用的需求。
表面涂装与防护
对碳纤维复合材料表面进行涂装和防 护处理，以提高其耐腐蚀、耐磨等性 能。
碳纤维复合材料的
03
性能与测试
碳纤维复合材料的力学性能
01
02
03
高强度与高刚性
碳纤维复合材料具有极高 的抗拉强度和弹性模量， 使其成为承受重负载和抵 抗变形的理想选择。
疲劳性能优异
碳纤维复合材料在循环载 荷下表现出良好的耐久性 ，适用于需要承受周期性 载荷的场合。
损伤容限高
碳纤维复合材料的独特结 构使其能够承受部分损伤 而不影响整体性能，提高 了结构的安全性。
碳纤维复合材料的热学性能
将碳纤维与树脂等基体材料混合，制备成预浸料。预浸料的制备质 量直接影响复合材料的性能。
铺层与成型
将预浸料按照设计要求进行铺层，然后在一定温度和压力下进行成 型处理，使材料固化形成碳纤维复合材料。
后处理与加工
对成型的碳纤维复合材料进行后处理和加工，以满足不同应用需求 。
碳纤维复合材料的后处理工艺
热处理与消除内应力
将聚合物单体进行聚合，然后纺成纤维。这一过程中，需要控制温度 、压力等参数，以确保纤维的质量。
预氧化与碳化
在高温下进行预氧化和碳化处理，使纤维中的氢、氧等元素得以去除 ，同时形成碳纤维的结构。
表面处理与涂层
对碳纤维表面进行处理和涂层，以提高其与其他材料的粘附性和功能 性。
碳纤维复合材料的成型工艺
预浸料制备
良好的热稳定性
碳纤维复合材料在高温下仍能保持稳定的力学性能， 适用于高温环境。
《碳纤维简介》课件
飞机机翼
碳纤维的轻质和高强度使之成为 制造飞机机翼的理想材料。
宇宙飞船
碳纤维在宇宙飞船的外层和结构 中得到广泛应用，减轻质量并提 高稳定性。
直升机旋翼
碳纤维制造的旋翼具有更好的刚 性和减震能力，提高飞行性能。
碳纤维在汽车工业中的应用
车身结构
碳纤维车身结构的使用可以 减轻汽车重量，提高燃油效 率。
车轮和刹车盘
《碳纤维简介》PPT课件
碳纤维是一种轻质高强度的复合材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。
碳纤维的定义和特点
1 高强度
碳纤维比钢材还要强，重量却只有它的四分 之一。
2 低密度
碳纤维具有轻质的特性，有助于减轻结构的 重量。
3 耐腐蚀
碳纤维不受化学腐蚀的影响，能够在恶劣环 境下使用。
4 导电性
碳纤维具有优异的导电性，适用于电子和航 空领域。
碳纤维的优势和局限性
优势
• 轻质高强度 • 耐腐蚀 • 导电性
局限性
• 昂贵的制造成本 • 易受划伤和冲击 • 纤维制造技术仍有限
结论和展望
碳纤维作为一种重要的先进材料，具有广阔的应用前景。随着制造工艺的不 断改进和成本的降低，碳纤维将在更多领域得到应用。
碳纤维制造的车轮和刹车盘 具有卓越的耐用性和高温稳 定性。
内部装饰
碳纤维内饰件增添了汽车的 豪华感和现代感。
碳纤维在体育器材领域的应用
1 高尔夫球杆
碳纤维材质的高尔夫球杆具有更好的挥杆体验和更高的击球距离。
2 自行车车架
碳纤维自行车车架具有更好的刚性和轻量化的特点，提高了骑行体验。
3 网球拍
碳纤维网球拍具有更高的稳定性和挥动速度，提高了球员的竞技水平。
碳纤维增强铝基复合材料ppt课件
5 界面研究
A金属涂层对界面的影响
纤维和基体之间的界面粘结性是提高纤维增强复合材料性能的关键 之一。 在使用金属涂层时, 除使涂层既能阻止纤维与基体的反应, 又能 提高润湿性外, 还应使界面有一定的结合力, 以便能有效地传递载荷。 ①镍涂层的影响
镍涂层虽然可以改善铝对碳纤维表面的润湿性, 但由于镍易促进碳纤 维的石墨化及NiAl3 脆性相的形成, 作为单涂层时, 它并不是理想的涂层。
碳纤维增强铝基 复合材料
1
介绍内容
• 1 概述 • 2 Cf／Al复合材料的显微组织 • 3 Cf／Al复合材料的性能 • 4 Cf／Al复合材料的制造工艺 • 5 Cf／Al复合材料的界面研究 • 6 发展趋势和展望
2
1 概述
目前，金属基复合材料(MMCs) 的基体主要发展了有铝基、镁基、钛 基、高温合金基、铜基等类型，由于铝合金具有断裂韧性高、高强度、 优良的抗腐蚀性、低密度等良好的综合性能，使得铝合金在复合材料的 发展中倍受青睐。因此铝基发展最快并成为当前金属基复合材料发展和 研究工作的主流。其主要应用领域一是航空、航天和军事领域，二是汽 车、电子信息和高速机械等民用领域。
Ni—一种白色金属
镍涂层碳纤维
73 性能--尺寸Fra bibliotek定性上图为用冷热冲击法对Cf/Al进行检测后的试验结果，可以看出：
随着冷热循环次数的增加，尺寸变化趋于恒值，说明Cf/Al复合材料 具有优异的尺寸稳定性。
8
3 性能--空间环境耐候性
若Cf/Al复合材料应用在航空航天领域，那复合材料无可避免的要 在空间飞行中经受如超高真空度、高低温交变冲击、带电粒子照、紫 外辐照等环境的损伤，开展空间环境条件对复合材料性能影响的分析 对航天结构设计，充分发挥复合材料的优异性能具有十分重要的现实 意义。
29_碳纤维板在航空航天领域的应用
碳纤维板在航空航天领域的应用第一部分碳纤维板的基本概念和特性 (2)第二部分碳纤维板的制备工艺介绍 (5)第三部分碳纤维板在航空航天领域的应用概述 (8)第四部分碳纤维板在飞机结构中的应用分析 (12)第五部分碳纤维板在航天器结构中的应用研究 (15)第六部分碳纤维板在航空航天领域的性能优势 (19)第七部分碳纤维板在航空航天领域的挑战与问题 (22)第八部分碳纤维板在航空航天领域的未来发展趋势 (25)第一部分碳纤维板的基本概念和特性碳纤维板的基本概念和特性碳纤维板是一种由碳纤维复合材料制成的板材，具有轻质、高强度、高刚度、耐腐蚀、热膨胀系数低等优异性能。
在航空航天领域，碳纤维板的应用已经非常广泛，如飞机结构、发动机部件、航天器外壳等。
本文将对碳纤维板的基本概念和特性进行详细介绍。
一、碳纤维板的基本概念碳纤维板是由碳纤维复合材料制成的一种板材。
碳纤维是一种具有高强度、高刚度、低密度的高性能纤维，其强度是钢铁的 5 倍以上，刚度是钢铁的 3 倍以上，而密度仅为钢铁的 1/4。
碳纤维复合材料是将碳纤维与其他材料（如树脂、陶瓷等）复合而成的一种新型材料，具有优异的力学性能、化学稳定性和热稳定性。
二、碳纤维板的特性1.轻质高强：碳纤维板的密度仅为 1.5g/cm³，而强度却高达 2000MPa 以上，这使得碳纤维板在航空航天领域具有很高的应用价值。
轻质高强的特性使得碳纤维板可以减轻飞行器的重量，提高载荷能力，降低能耗。
2.高刚度：碳纤维板的刚度是钢铁的 3 倍以上，这使得碳纤维板在承受外力时具有很好的抗变形能力。
在航空航天领域，高刚度的碳纤维板可以提高飞行器的结构强度和稳定性，降低振动和噪音。
3.耐腐蚀：碳纤维板具有良好的耐酸、碱、盐等化学腐蚀性能，可以在恶劣环境下长时间使用。
在航空航天领域，耐腐蚀的碳纤维板可以提高飞行器的使用寿命，降低维修成本。
4.热膨胀系数低：碳纤维板的热膨胀系数仅为钢铁的 1/5，这使得碳纤维板在温度变化时具有很好的尺寸稳定性。
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纤维增强复合材料在航天航空领域应用
戴福洪 哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所
2011,08
Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology
HITCCM
提纲
• 引言 • 碳纤维复合材料在航天应用 • 碳纤维复合材料在航空应用 • 国产碳纤维复合材料应用基础研究进展 • 结语
HITCCM
引言 The Evolution of Composites
复合材料研究领域 1970-2000
2000-2010
纤维
高强/低成本
高性能有机纤维
树脂 复合材料力学
增韧/高温 材料/结构相互作用
RTM树脂 渐进损伤
耐久性
寿命预报
预埋器件
环境考虑 工艺与制造
湿热 非热压罐预浸料
烟毒 RTM净成型
HITCCM
引言
应用效益
➢ 大幅度减重 20％－30％
增加有效载荷 提升飞行器功能 增大航程、 降低油耗
➢ 可设计性
前掠翼、颤振、承力/隐身一体化
➢ 结构整体优化
翼身融合、整体成型减少零件数
➢ 降低全寿命成本
B787机体维护成本与B767相比大幅下降
Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology
应用
高效减重
复合材料机翼、机身
成本效益
降低全寿命成本
制造成本
设计方法
多尺度计算方法
虚拟设计与制造
验证
积木式方法
净成型结构验证
R. Byron Pipes ，ICCM-16
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碳纤维复合材料在航天应用
HITCCM
HITCCM
• 以高性能碳(石墨)纤维复合材料为典型代表 的先进复合材料作为结构、功能或结构/功 能一体化构件材料，在导弹、运载火箭和 卫星飞行器上也发挥着不可替代的作用。 其应用水平和规模已关系到武器装备的跨 越式提升和型号研制的成败。碳纤维复合 材料的发展推动了航天整体技术的发展。 碳纤维复合材料主要应用于导弹弹头、弹 体箭体和发动机壳体的结构部件和卫星主 体结构承力件上
舱门、口盖、整流罩、方向舵、 襟副翼、雷达罩、起落架舱门
第二阶段 承力大
（80年代初开始） 规模较大
尾翼(垂尾、平尾)、前机身段、机翼 F－14 硼/环氧复合材料平尾 F/A-18 机翼 用量13％ AV-8B 机翼和前机身 用量26%
第三阶段 受力复杂
（90年代末开始） 规模大
中机身段、中央翼盒 A380中央翼盒 用量25% B787 机身 用量50%
Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology
HITCCM
碳纤维复合材料在航空应用
Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology
HITCCM
Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology
HITCCM
引言 高比强高比模的碳纤维复合材料成为航空航天器用的 最重要结构材料之一
钢 钛合金 复合材料 铝合金
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40% 30%
AV 8B
Euro Fighter B2
Rafale
Premier Horizon
F35 F/A 22
20%
F18CD
A-320
A-330 A-340
F18 E/F
A-380
10%
F15
Mirage
C17
0%
1970
1980
1990
2000
2010
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高比强
先
飞
轻量化
进
机
高可靠
可设计
树
发
脂
展
长寿命
抗疲劳
基
目 标
复
高效能
耐腐蚀
合
结构/功能
多功能
材 料
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HITCCM
国外航空复合材料发展历程
第一阶段 受载不大
（70年代初完成） 简单零部件
第四阶段 受力很大
（21世纪初开始） 代替钢结构
起落架用复合材料 F-16 起落架后撑杆 NH-90 直升机起落架
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HITCCM用量发展情况60%源自50%UCAV 787
Composite Usage
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HITCCM
动力系统
• 美国、日本、法国的固体发动机壳体主要采用碳纤维复合 材料，美国三叉戟-2 导弹、战斧式巡航导弹、大力神一4 火箭、法国的阿里安一2 火箭改型、日本的M-5火箭等发 动机壳体，其中使用量最大的是美国赫克里斯公司生产的 抗拉强度为5.3GPa 的IM-7 碳纤维，性能最高的是东丽T800 纤维，抗拉强度5.65Gpa、杨氏模量300GPa
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HITCCM
导弹
• 导弹发射筒采用先进复合材料保守估计可降低 重量30%，对于提高地面生存能力至关重要， 同时，复合材料的耐环境腐蚀、耐疲劳性能优 异等特点，可以显著提高发射筒的重复使用寿 命，降低发射成本
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卫星和空间站
• 高模量碳纤维质轻，刚性，尺寸稳定性和导热性好， 很早就应用于人造卫星结构体、太阳能电池板和天 线中。现今的人造卫星上的展开式太阳能电池板多 采用碳纤维复合材料制作，而太空站和天地往返运 输系统上的一些关键部件也往往采用碳纤维复合材 料作为主要材 料