复合材料的制造方法PPT课件

▪ 大部分的缝合复合材料结构的开发项目都是以美国的
NASA为主进行的。最著名的是利用缝合技术制造的复合
材料机翼，其中采用了波音公司开发的28m长的缝合机制
造飞机机翼蒙皮复合材料预成形体。该缝合机能够缝合超
过25mm厚的碳纤维层，缝合速度达3000针/分。除了缝合
蒙皮预成形体外，还可缝合加强筋。缝合完成后采用RFI
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（6） 经编
▪ 采用经向针织技术，并与纤维铺放概念相结合，制造的多 轴多层经向针织织物一般称为经编织物。这种材料由于不 弯曲，因此纤维能以最佳形式排列。经编技术可以获得厚 的多层织物且Baidu Nhomakorabea照期望确定纤维方向，由于不需要铺放更 多的层数，极大提高经济效益。国外目前已经能够在市场 上获得各种宽幅的玻璃和碳纤维经编织物。这种预成形体 有两个优点：一是与其他纺织复合材料预成形体相比成本 低；二是它有潜力超过传统的二维预浸带层压板，因为它 的纤维是直的，能够在厚度方向增强从而提高材料的层间 性能。该技术已经在飞机机翼桁条和机翼壁板上进行了验 证，预计未来将在飞机制造中广泛应用。
使用者的要求。
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4. 复合材料的制造方法
主要的液相工艺
➢压挤铸造与压挤渗透 ➢喷雾沉积 ➢热喷射 ➢浆体铸造 ➢定向凝固共晶 ➢金属的定向氧化
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主要的固相工艺
➢粉末冶金 ➢薄膜的扩散键合 ➢利用陶瓷-金属（陶瓷）间的反
应 ➢由有机聚合物的合成
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主要的气相工艺
➢PVD(物理气相沉积) ➢CVD (化学气相沉积) ➢CVI (化学气相渗透)
▪ 航空工业中制备复合材料制件的主要要求为：可支付得起；
高度自动化；好的质量控制；降低模具成本及缩短生产周
期。为了达到这些要求，航空工业正着眼于：编织技术；
先进的铺带技术；非热压罐技术；注射工艺；先进的固化
工艺；全质量概念及热塑性工.艺。
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预成形体的制造技术 （1）缝合技术
▪ 缝合织物增强复合材料是采用高性能纤维和工业用缝合机 将多层二维纤维织物缝合在一起，经复合固化而成的纺织 复合材料。它通过引用贯穿厚度方向的纤维来提高抗分层 能力，增强层间强度、模量、抗剪切能力、抗冲击能力、 抗疲劳能力等力学性能，从而满足结构件的性能需求。
技术进行加热和加压。这样生产出的结构件相对于同样的
铝合金零件重量减少25%，成. 本降低20%。
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（2） 穿刺
▪ 穿刺是复合材料结构三维加强的一种简单方法，在某些方 面优于缝合技术。但是它不能用于制造预成形体。在这个 工艺中利用薄的削棒以正确的角度在固化前或固化时插入 二维的碳纤维环氧复合材料层板中，从而获得三维增强复 合材料结构。Z向削棒可以是金属材料，也可采用非金属材 料。削棒插入的方式有两种，一是采用真空袋热压的方法， 二是采用超声技术。
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（4） 编织
▪ 编织是一种基本的纺织工艺，能够使两条以 上纱线在斜向或纵向互相交织形成整体结构 的预成形体。这种工艺通常能够制造出复杂 形状的预成形体，但其尺寸受设备和纱线尺 寸的限制。该工艺技术一般分为两类，一类 的二维编织工艺，另一类是三维编织工艺。
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（5） 针织
▪ 针织用于复合材料的增强结构的方向强度、冲击抗 力较机织复合材料好，且针织物的线圈结构有很大 的可伸长性，易于制造非承力的复杂形状构件。目 前国外已生产了先进的工业针织机，能够快速生产 复杂的近无余量结构，而且材料浪费少。用这种方 法制造的预成形体可以加入定向纤维有选择地用于 某些部位增强结构的机械性能。另外，这种线圈的 针织结构在受到外力时很容易变形，因此适于在复 合材料上成形孔，比钻孔具有很大优势。但是它较 低的机械性能也影响了它的广泛应用。
4. 复合材料的制造方法 概述
▪ 复合材料的重要领域之一是其制造技术。由于制造 成本、最佳组织结构等与基体及增强体特性、排列 方式等有关，所以制造技术是复合材料中至关重要、 且为该领域的研究者非常感兴趣的课题。在复合材 料的制造中，通常是将最终制品的制造与复合材料 的成形一起完成。因此，增强体的最佳排列与分布， 不仅是对应于用途的力学性能的要求，而且要满足
▪ 穿刺技术与缝合技术的出现和应用极大改进了复合材料的
断裂韧性，意味着复合材料能够承受更高冲击强度和剥离
应力。该技术比缝合技术更具发展潜力，主要是因为其节
省了高成本的缝合机，尺寸不受限制，特别是能够进行局
部结构的加强，因此是未来飞机机体应用的关键技术。
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（3） 三维机织
▪ 该工艺目前已经广泛用于复合材料工业，主 要用于生产单层、宽幅织物，作为复合材料 的增强体。三维异型整体机织技术是国外上 世纪80年代发展起来的高新纺织技术，它创 造了一类新的复合材料结构形式。采用三维 异型整体机织技术制造的复合材料制件具有 整体性和力学的合理性两大特点，是一种高 级纺织复合材料。其突出特点是纺织异型整 体织物，如T形、U形、工形、十字形等型 材和圆管等，灵活的机织工艺还可以创造出 许多新的复杂形状织物。
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（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
➢粉末冶金（热压、 ➢粉体烧结 机械合金化、SPS） ➢反应成形 ➢合金箔扩散键合 ➢拉拔等机加工成 形
气相工艺
➢PVD（物理气相 沉积）
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➢CVD（化学气相
沉积）
➢CVI（化学气相
渗透）
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塑料基复合材料的制备成形
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4.2 树脂基复合材料
▪ 先进复合材料具有比强度和比模量高、耐疲劳、各向异性 和可设计性、材料与结构的一次成型等性能，自上世纪60 年代问世以来，很快获得广泛应用，成为航空航天4大材料 之一。随着其材料性能和制造技术的不断改进，复合材料 未来在战斗机、大型军用运输机、无人机等平台上必将占 有重要地位。
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聚合物基 金属基 陶瓷基 复合材料 复合材料 复合材料
液相工艺 固相工艺
➢液体状树脂的含 浸 ➢预浸料坯成形 ➢(玻璃钢)片状模 塑料 ➢热塑性塑料的注 射成形
➢热塑性塑料的热 压成形
➢压力熔浸与无压 熔浸 ➢搅拌铸造 ➢喷射沉积成形 ➢定向凝固共晶 ➢热喷射
➢定向氧化 ➢定向凝固共晶 ➢利用有机聚合物 的合成