第四章 复合材料制备与加工技术

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《飞行器制造工艺与装备》
第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
1 金属基复合材料的制备工艺技术
1.2 液态制备法 主要包括:挤压铸造法、真空压力浸渍法、液态金属搅拌铸造法、 液态金属浸渍法、共喷沉积法和热喷涂法
液态金属浸渍法 是用液态金属连续浸渍长纤维得到预制复合带或丝,也称连铸法
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第一节
2 复合材料应用与发展


2.2 航天工业的应用 纤维增强金属基复合材料应用于人造卫星仪器支架,L波段平面天线,望远镜 及扇形反射面,抛物天线肋,仪器舱支柱等航天领域。
应用部位 箭体结构 材料 高强轻质铝合金材料 高性能碳-环氧复合材料 碳-双马来酰亚胺复合材料 碳-聚酰亚胺复合材料 高强可焊铝锂合金材料 高性能碳-环氧复合材料 蜂窝夹层结构材料技术 大型整流罩成型新工艺技术 高性能环氧复合材料 高强轻质铝合金材料 碳-环氧复合材料 高性能轻质金属结构材料 技术要求 实现弹体结构轻质化,减轻结构质量
3 金属基复合材料的切削加工性能
3.1 切削加工机理和工件表面形态
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第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
3 金属基复合材料的切削加工性能
3.1 切削加工性能
车削加工 铣削加工 钻削加工 磨削加工 螺纹加工 特种加工
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第三节 聚合物基复合材料的制备与加工技术
1 金属基复合材料的制备工艺技术
1.1固态制备法 (粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法及拉拔法)
热压法和热等静压法 ——扩散粘结法(加压焊接、扩散焊接法) 热压法的基本原理:将增强纤维与金属基体制成复合材料预制片,然后 将预制片按设计要求裁剪成所需的形状、叠层排布,将叠层放入模具内, 进行加热加压,最终形成复合材料或零件。 热等静压法基本原理:在高压容器内设置惰性气体加压器,将金属基体 粉末与增强材料(纤维、晶须、颗粒)按一定比例混合后,装入热等静压 装置中加热,加压,复合成金属基复合材料
第三节 聚合物基复合材料的制备与加工技术
1 聚合物基复合材料的类型和性能
聚合物基复合材料是以热固性或热塑固性有机聚合物为基体,短切的或连续 纤维及其织物为增相,经复合而成。 1.1 增强纤维的种类和性能
玻璃纤维
由玻璃球熔融拉丝而成,品种多,性能各异,其化学组成是纤维性能的决定 因素。主要品种有高硼低碱玻璃纤维和高强高模玻璃纤维。
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影响复合材料界面效应的因素及其与复合材料性能的关系 增强材料:纤维、晶须、颗粒、片状 基体:聚合物、金属、陶瓷、碳等
第一节
1 复合材料概念与特点
1.3 复合材料的分类


按使用性能不同分类 结构复合材料和功能复合材料等。 按基体材料的类型分类 金属基复合材料、无机非金属基复合材料和树脂基复合材料。 按增强相形态分类 纤维增强复合材料、纤维织物、编织体增强复合材料、 片状材料增强复合材料、颗粒增强复合材料和纳米复合材料。 按增强相的类型分类 玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、有机纤维复合材料、 陶瓷纤维复合材料等。 其中: 纤维增强又可分为长纤维增强、短纤维增强和晶须增强复合材料等。 纤维增强复合材料又称为连续增强复合材料。 颗粒、短纤维或晶须增强又称非连续增强复合材料。
是利用炸药爆炸产生的强大脉冲应力,通 过使碰撞的材料发生塑性变形、粘接处金属 局部扰动以及热过程使材料焊接而成复合材 料。爆炸焊接法可制造形状复杂的零件和大 尺寸的板材,必要时一次作业可得多块复合 板。
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第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
1 金属基复合材料的制备工艺技术
1.2 液态制备法 主要包括:挤压铸造法、真空压力浸渍法、液态金属搅拌铸造法、 液态金属浸渍法、共喷沉积法和热喷涂法
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第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
1 金属基复合材料的制备工艺技术
1.1固态制备法 (粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法及拉拔法)
热轧法、热挤压法和热拉法 热轧法主要用于金属基复合材料进一步轧制加工成板材。 热挤压和热拉法主要用于金属基复合材料毛坯制成各种形状的管材、 型材及棒材等。 爆炸焊接法
第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
1 金属基复合材料的制备工艺技术
1.2 液态制备法 主要包括:挤压铸造法、真空压力浸渍法、液态金属搅拌铸造法、 液态金属浸渍法、共喷沉积法和热喷涂法
共喷沉积法 是液态金属通过特殊的喷嘴, 在惰性气体气流作用下分散成细小 的液态金属雾化(微料)流,在金 属液喷射物化的同时,将增强颗粒 加入到雾化的金属流中,与金属液 滴混合,并一起沉积在衬底上,凝 固形成金属基复合材料。
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结构复合材料按不同基体分类
结构复合材料按不同增强体形态分类
第一节
1 复合材料概念与特点
1.4 复合材料常用的基体材料


金属基复合材料、无机非金属基复合材料和树脂基复合材料
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第一节
1 复合材料概念与特点
1.4 复合材料常用的基体材料


金属基复合材料、无机非金属基复合材料和树脂基复合材料
推进剂贮箱 整流罩 仪器框架 地面设备
使液氢和液氧贮箱比用常规铝合金减轻结构质量 整流罩刚度的优先设计减少整流罩的弯曲变形 使设备小型化、轻质化,减轻结构重量 地面设备轻质化,减轻地面设备如发射筒等结构 质量
新一代 运载火 箭对新 材料和 工艺的 要求
2.3 汽车工业的应用 20世纪70年代中期,玻璃纤维增强复合材料GFRP代替了汽车镀锌后部天窗盖及 安全防污染控制装置,降低了汽车的自重。 2.4 纺织机械、化工设备、建筑和体育器材等方面得到了广泛应用 1979年日本已制成玻璃纤维GF,碳纤维CF混杂增强聚脂树脂复合材料75 m 长输 送槽,风力发电机的叶片和机匣。
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第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
1 金属基复合材料的制备工艺技术
1.2 液态制备法 主要包括:挤压铸造法、真空压力浸渍法、液态金属搅拌铸造法、 液态金属浸渍法、共喷沉积法、热喷涂法
等离子体热喷涂法 是利用微波、灯丝、射频等 激励等离子体产生等离子弧的高 温将金属粉末溶化后喷射到衬底 基体上,冷却并沉积下来的一种 复合方法。具体过程实现将纤维 缠绕在包有金属箔的圆筒上,纤 维之间保持一定间隔,然后放在 喷涂室中喷涂,喷涂结束后剪开 取下,得到复合材料预制片,经 热压火热等静压等二次处理,最 终得到型材或零件。
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第四章 复合材料制备与加工技术
第四章 复合材料制备与加工技术
第一节 绪

第一节
1 复合材料概念与特点
1.1 复合材料的概念


广义上讲,复合材料是由两种或两种以上不同化学性质的祖坟组合而成的材料。 广义上讲,复合材料是由两种或两种以上不同化学性质的祖坟组合而成的材料。 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质,通过复合工艺制成 在现代材料学界,复合材料专指由两种或两种以上不同组态的组分所组成的材料。 在现代材料学界,复合材料专指由两种或两种以上不同组态的组分所组成的材料。 的多相新型固体材料。它不是不同组分材料的简单混合,而是在保留原组分材料优 复合材料定义:用经过选择的一定数量比的两种或两种以上的组分(或称组元), 复合材料定义:用经过选择的一定数量比的两种或两种以上的组分(或称组元), 点的情况下,通过材料设计使各组分材料的性能互相补充并彼此关联,从而获得新 通过多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。 通过多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。 的优越性能。 1.2 复合材料特点 可改善或克服组成材料的弱点,具有性能可设计性,充分发挥其优点,即 “扬长避短”。如,玻璃的韧性及树脂的强度都较低,但二者的复合物——玻 璃钢却有较高的强度和韧性,且质量很轻。 可按构件结构和受力的要求,给出预定的、分布合理的配套性能,进行材料 的最佳设计。如:用缠绕法制成的玻璃钢容器或火箭壳体,当玻璃纤维方向与 主应力方向一致时,可将该方向上的强度提高到树脂的20倍以上。 可获得单一组成材料不易具备的性能或功能,具有优异的物理化学性能。 性能可设计性、材料与构件制造的一致性、优异的物理化学性能(轻质高强、 性能可设计性、材料与构件制造的一致性、优异的物理化学性能(轻质高强、 耐化学腐蚀、抗疲劳性能好、减振性能好、减摩耐磨自润滑、绝缘导电导热、 耐化学腐蚀、抗疲劳性能好、减振性能好、减摩耐磨自润滑、绝缘导电导热、 耐热性好) 耐热性好)
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第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
1 金属基复合材料的制备工艺技术
1.3 新型制备方法
主要包括: 原位自生成法 物理气相沉积法 化学气相沉积法 化学镀法 电镀法 复合镀法
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第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
2 金属基复合材料的性能与应用
2.1 金属基复合材料的性能 金属基复合材料与一般金属相比,具有耐高温、高比强度与高比刚度、线胀系 数小和耐磨损等特点,但其塑性和加工性能差,这是影响其应用的一个重要障碍。 金属基复合材料与树脂基复合材料相比,不仅剪切强度高、对缺口不敏感,物 理和化学性能更稳定,如不吸湿、不放气、不老化、抗原子氧侵蚀、抗核、抗电磁 脉冲、抗阻尼,膨胀系数小、导电和导热性好。 金属基复合材料更适合于空间环境使用,是理想的航天器材料。在航天、航空、 先进武器系统、新型汽车等领域具有广阔的应用前景。
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第一节
2 复合材料应用与发展


2.1 航空工业的应用 波音767大型客机上使用先进复合材料作为主承力结构,不仅减轻了重量,还提 高了飞机各项飞行性能。
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第一节
2 复合材料应用与发展


2.2 航天工业的应用 哥伦比亚号航天飞机采用大量复合材料,主货舱门用CFRP制造,长18.2 m×宽 4.6 m,压力容器用Kevlar纤维增强复合材料KFRP制造,硼铝复合材料制造主机身隔 框和翼梁,碳/碳复合材料C/C制造发动机喷管和喉衬,硼纤维增强钛合金复合材料 制成发动机传力架,整个机身上的防热瓦片用耐高温的陶瓷基复合材料制造。在航 天飞机上使用了树脂、金属和陶瓷基三类复合材料。
挤压铸造法 是通过施加外压液态金属渗入增强材料的预制件缝隙中制造金属基 复合材料。 真空压力浸渍法 真空压力浸渍法是在真空或高压惰性气体共同作用下,将液态金属 压入增强材料制成的预制件,在制备金属基复合材料制品,兼备真空吸 铸和压力铸造的优点。 液态金属搅拌铸造法 是将颗粒直接加入到基体金属熔体中,通过一定方式的搅拌使颗粒 均匀地分散在金属熔体中,然后浇铸成锭坯、铸件等。
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第一节
1 复合材料概念与特点


1.5 复合材料常用的增强相材料及其性能
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第一节
1 复合材料概念与特点
1.6 复合材料的系统组成


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第一节
2 复合材料应用


2.1 航空工业的应用 复合材料作为结构零件的应用始于20世纪60年代中期,主要从航空工业开始, 其应用可分为三个阶段。 应用于非受力或受力不大的零部件上,如飞机的口盖和地板等 应用于受力较大件,如飞机尾翼、机翼、发动机风扇叶片、尾段机身等 应用于受力大且复杂零部件上,如机翼与机身结合处、涡轮等
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第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
1 金属基复合材料的制备工艺技术
1.1固态制备法 (粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法及拉拔法)
粉末冶金法
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第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
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第二节 金属基复合材பைடு நூலகம்的制备与加工技术
2 金属基复合材料的性能与应用
2.2 金属基复合材料的应用
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第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
2 金属基复合材料的性能与应用
2.2 金属基复合材料的应用
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第二节 金属基复合材料的制备与加工技术
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第三节 聚合物基复合材料的制备与加工技术
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