复合材料工艺 纤维、晶须与颗粒

晶须复合材料晶须复合材料是一种由晶须增强的复合材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。

晶须复合材料是通过将晶须与基体材料进行复合而制备而成的，晶须可以是碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等，基体材料可以是金属、聚合物、陶瓷等。

晶须复合材料具有高强度、高模量、耐磨损、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶建造、体育器材等领域。

晶须复合材料的制备方法多种多样，常见的有热压法、浸渍法、喷涂法等。

其中，热压法是一种常用的制备方法，通过将晶须与基体材料层层叠加，然后在高温高压下进行热压，使晶须与基体材料充分结合，从而得到具有优异性能的晶须复合材料。

浸渍法是将基体材料浸渍于晶须悬浮液中，然后经过干燥、热处理等工艺步骤，使晶须均匀分布在基体材料中，形成复合材料。

喷涂法则是将晶须喷涂在基体材料表面，然后经过热处理使其结合成复合材料。

晶须复合材料具有许多优异的性能，首先是高强度和高模量。

由于晶须的加入，使得复合材料的强度和刚度得到了显著提高，能够承受更大的载荷。

其次是耐磨损和耐腐蚀性能。

晶须具有优异的耐磨损和耐腐蚀性能，因此使得复合材料在恶劣环境下具有更长的使用寿命。

此外，晶须复合材料还具有良好的导热性能和耐高温性能，适用于高温高压环境下的工作。

晶须复合材料在航空航天领域有着广泛的应用。

航空航天领域对材料的性能要求非常严格，晶须复合材料的优异性能使其成为航空航天领域的理想材料。

晶须复合材料可以用于制造飞机机身、发动机零部件、卫星结构件等，能够提高航空航天器的性能和可靠性。

此外，晶须复合材料还被广泛应用于汽车制造、船舶建造、体育器材等领域，为这些领域的发展提供了新的可能性。

总的来说，晶须复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景，是一种具有发展潜力的新型材料。

随着科学技术的不断进步，相信晶须复合材料将会在更多领域得到应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。

包材技术丨复合材料的成型工艺，一起了解一下！导读从简单纸包装，到单层塑料薄膜包装，发展到复合材料的广泛使用。

复合包装能使包装内含物具有保湿、保香、美观、保鲜、避光、防渗透等特点，本文我们浅述复合材料的成型工艺，内容供优品包材系统的采供朋友们参考：一、基本概念复合材料的最大优点，就是它的性能比其组成材料要好得多。

一方面它可以改善组成材料的弱点，充分发挥其性能优势，例如玻璃和树脂的韧性和强度都不高，但用它们制成的复合材料--玻璃钢的比强度、比刚度和韧性却很高；另一方面可以根据结构和受力要求制成预定的性能分布，对材料进行优化设计。

1.复合材料的分类1)按材料的作用分类结构复合材料和功能复合材料。

2)按基体材料分类树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料和碳/碳复合材料等。

3)按增强材料的性质和形态分类层叠复合材料、细粒复合材料、连续纤维复合材料、短切纤维复合材料、碎片增强复合材料和骨架复合材料等。

2.复合材料的特点1)比强度和比刚度高2)抗疲劳性好3)高温性能好4)减振性能好5)断裂安全性高6)可设计性好二、复合材料用原料1、增强材料(1)碳纤维(2)硼纤维(3)芳纶(4)玻璃纤维(5)碳化硅纤维(６)晶须2、基体材料(1)热固性树脂(2)热塑性树脂3、夹层结构材料夹层结构一般由两层薄的高强度板和中间夹着一层厚而轻的芯结构构成。

三、复合材料的增强机制和复合原则1.增强原理复合材料的复合不是由基体和增强两种材料简单的组合而成，而是两种材料发生相互的物理、化学、力学等作用的复杂组合过程。

2.复合原则以纤维增强复合材料为例，说明复合材料的复合原则。

复合材料中基体起粘结作用，因而基体必须具备如下特点：1）对纤维具有好的润湿性，从而使基体与增强材料间具有较强的结合力，使分离的纤维粘为一个整体，保证纤维的合理分布。

2）基体应具有较好的塑性和韧性，能够延缓裂纹的扩展。

3）基体能够很好地保护纤维表面，不产生表面损伤、不产生裂纹。

陶瓷基复合材料介绍一、材料定义与特性陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites，简称CMC）是一种以陶瓷为基体，复合增强体材料的高性能复合材料。

它具有高强度、高硬度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优异性能，被广泛应用于航空航天、汽车、能源、化工等领域。

二、基体与增强体材料陶瓷基体的主要类型包括氧化铝、氮化硅、碳化硅、氮化硼等，它们具有高熔点、高硬度、耐腐蚀等特性。

增强体材料主要包括纤维、晶须、颗粒等，它们可以显著提高陶瓷基体的强度和韧性。

三、制备工艺与技术陶瓷基复合材料的制备工艺主要包括：热压烧结法、液相浸渍法、化学气相沉积法、粉末冶金法等。

其中，热压烧结法和液相浸渍法是最常用的制备工艺。

四、增强纤维与基体的界面增强纤维与基体的界面是影响陶瓷基复合材料性能的关键因素之一。

为了提高材料的性能，需要优化纤维与基体的界面特性，包括润湿性、粘结性、化学稳定性等。

五、材料的应用领域陶瓷基复合材料具有广泛的应用领域，主要包括：航空航天领域的发动机部件、机载设备；能源领域的燃气轮机叶片、核反应堆部件；汽车领域的刹车片、发动机部件；化工领域的耐腐蚀设备、管道等。

六、发展现状与趋势随着科技的不断进步，陶瓷基复合材料的研究和应用不断深入。

目前，国内外研究者正在致力于开发低成本、高性能的陶瓷基复合材料，并探索其在更多领域的应用。

同时，研究者还在研究如何更好地控制材料的微观结构和性能，以提高材料的综合性能。

七、挑战与机遇尽管陶瓷基复合材料具有许多优异的性能，但它们的制备工艺复杂、成本高，且存在易脆性等挑战。

然而，随着科技的不断进步和新材料的发展，陶瓷基复合材料的成本逐渐降低，应用领域也在不断扩大。

同时，随着环保意识的提高和能源需求的增加，陶瓷基复合材料在能源和环保领域的应用前景广阔。

因此，陶瓷基复合材料在未来仍具有巨大的发展潜力。

复合材料组成
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上复合而成的一种新型材料。

复合材料主要由两部分组成：
•增强材料（或称为粒料、纤维或片状材料），主要用于承受载荷，提供复合材料力学性能。

增强材料包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、天然纤维、合成纤维等，以及各种金属和非金属基体。

•基体材料（或称为粘结材料），主要用于保护固定增强材料，并改善复合材料部分性能。

基体材料可以分为金属基体和非金属基体，常用的金属基体材料有钛、铝、铜、镁及其合金；常用的非金属基体材料有树脂、碳、石墨、橡胶等。

这两部分材料在复合材料中发挥着不同的作用，通过精心的组合和设计，可以显著提高材料的综合性能，使其优于各单独的组分材料。

根据增强材料的形态，复合材料大致可以分为纤维增强复合材料、细粒增强复合材料和薄片增强复合材料三类。

其中，纤维增强复合材料由纤维状增强材料和基体材料组成，其纤维材料包括玻璃纤维、石棉纤维、天然纤维、合成纤维以及碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维、晶须等。

常用的基体材料有塑料、橡胶、水泥、陶瓷、金属等。

复合材料因其比强度高、抗疲劳性和减振性好、耐高温、易成型及性能可按使用要求设计等特点，广泛应用于宇航、航空、国防、机电、建筑、化工、交通等各部门。

⾦属基复合材料以⾦属或合⾦为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。

按所⽤的基体⾦属的不同，使⽤温度范围为350～120℃。

其特点在⼒学⽅⾯为横向及剪切强度较⾼，韧性及疲劳等综合⼒学性能较好，同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数⼩、阻尼性好、不吸湿、不⽼化和⽆污染等优点。

例如碳纤维增强铝复合材料其⽐强度3～4×107mm，⽐模量为6～8×109mm，⼜如⽯墨纤维增强镁不仅⽐模量可达1.5×1010mm，⽽且其热膨胀系数⼏乎接近零。

⾦属基复合材料按增强体的类别来分类，如纤维增强(包括连续和短切)、晶须增强和颗粒增强等，按⾦属或合⾦基体的不同，⾦属基复合材料可分为铝基、镁基、铜基、钛基、⾼温合⾦基、⾦属间化合物基以及难熔⾦属基复合材料等。

由于这类复合材料加⼯温度⾼、⼯艺复杂、界⾯反应控制困难、成本相对⾼，应⽤的成熟程度远不如树脂基复合材料，应⽤范围较⼩。

树脂基复合材料通常只能在350℃以下的不同温度范围内使⽤。

近些年来正在迅速开发研究适⽤于350℃～1200℃使⽤的各种⾦属基复合材料。

⾦属基复合材料是以⾦属或合⾦为基体与各种增强材料复合⽽制得的复合材料。

增强材料可为纤维状、颗粒状和晶须状的碳化硅、硼、氧化铝及碳纤维。

⾦属基体除⾦属铝、镁外，还发展有⾊⾦属钛、铜、锌、铅、铍超合⾦和⾦属间化合物，及⿊⾊⾦属作为⾦属基体。

⾦属基复合材料除了和树脂基复合材料同样具有⾼强度、⾼模量外，它能耐⾼温，同时不燃、不吸潮、导热导电性好、抗辐射。

是令⼈注⽬的航空航天⽤⾼温材料，可⽤作飞机涡轮发动机和⽕箭发动机热区和超⾳速飞机的表⾯材料。

⽬前不断发展和完善的⾦属基复合材料以碳化硅颗粒铝合⾦发展最快。

这种⾦属基复合材料的⽐重只有钢的1/3，为钛合⾦的2/3，与铝合⾦相近。

它的强度⽐中碳钢好，与钛合⾦相近⽽⼜⽐铝合⾦略⾼。

其耐磨性也⽐钛合⾦、铝合⾦好。

⽬前已⼩批量应⽤于汽车⼯业和机械⼯业。

第二章复合材料增强体(Reinforcement)重点：1、增强体种类2、各种纤维的制造工艺、性能特点掌握：各种纤维的制造工艺、性能特点熟悉：增强体种类第二章复合材料增强体(Reinforcement)纤维及其织物、晶须、颗粒一、复合材料增强剂的特点（图7–1）1、具有很低的比重；2、组成这些化合物的元素都处在元素周期表中的第二、第三周期；3、它们大多数都是以结合力很强的共价键结合；4、具有很高的比强度、比刚度和高温稳定性。

二、纤维1、无机纤维1-1、玻璃纤维（Glass Fiber）1 玻璃纤维的制造生产玻璃纤维的过程是将硅砂、石英石、硼酸和其它成分（粘土，氟石等）干混后，经高温炉熔融，熔化后的玻璃液直接通过漏板形成了玻璃纤维。

2 玻璃纤维的品种A玻璃：高碱玻璃（钠玻璃），最常用，化学性能稳定；C玻璃：硼硅酸钠玻璃，抗化学作用；D玻璃：低介电性玻璃，用于雷达工业；E玻璃：无碱玻璃，电绝缘性能好；S玻璃：高强度玻璃纤维；R玻璃：粗纤维；M玻璃：高模量玻璃。

1-1、玻璃纤维（Glass Fiber）玻璃纤维是由各种金属氧化物的硅酸盐经熔融后以快的速度抽丝而成。

质地柔软，可纺织成各种玻璃布、带等。

伸长率和热膨胀系数小，耐腐蚀，耐高温性能较好，价格便宜，品种多。

缺点是不耐磨、易折断，易受机械损伤。

1-２、碳纤维l碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的l纤维状聚合物碳。

含碳量95%左右的称为碳纤维；l含碳量99%左右的称为石墨纤维。

碳纤维比重小，l比强度、比模量大见下表，耐热性和耐腐蚀性l好，成本低，批生产量大，是一类极为重要的高l性能增强剂。

粘胶(rayon)系粘胶是一种热固性聚合物，将粘胶原丝转变成碳纤维的生产工艺过程与PAN系碳纤维的过程类似，同样分为预氧化、碳化和石黑化三个阶段，其制备的碳纤维力学性能较差而耐烧性和隔热性能好。

目前用量较少，美国等国有少量生产。

3 性能特点1 典型性能δ=0.5~2.5%2、线膨胀系数小，且各向异性。

复合材料的分类（advanced composite material— ACM）复合材料是用两种或多种组分按一定方式组合而成的材料，它的许多性能都优于单组分材料。

先进复合材料是指用纤维、织物、晶须及颗粒等增强基体材料所制成的高级材料。

按基体材料的不同，先进复合材料可分为树脂基复合材料、金属基复合材料、碳基复合材料、陶恣基复合材料；按增强剂不同，可分为纤维增强复合材料、晶须增强复合材料等。

按功能又可分为导电复合材料、导磁复合材料、阻尼复合材料、屏蔽复合材料等。

军事上应用较广的先进复合材料主要有以下几种： 1.树脂基纤维复合材料是以纤维为增强剂、以树脂为基体的复合材料，所用的纤维有碳纤维、芳纶纤维、超高模量聚乙烯纤维等，基体主要是环氧树脂等有机材料。

这类材料既可制作结构件，又可制作功能件及结构功能件。

如芳纶纤维增强塑料可作为复合甲材料，有较强的防护力；碳纤维增强塑料可用于制造雷达天线，具有重量轻、刚度高、耐腐蚀等优点。

2.陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料属于耐热结构复合材料。

陶瓷基复合材料具有密度低、抗氧化、耐热、比强度和比模量高，工作温度在1250～1650℃。

碳/碳复合材料的耐热也很好，能在1650℃以上的高温使用。

这两种材料都可用作高温发动机的部件。

3.功能复合材料是指将具有电、声、光、热、磁特性的材料，按不同的应用进行组合匹配，得到不仅保持原有特性，还产生一些新特性或具有比原来更优越特性的材料。

例如，通过向高孔率压电陶瓷中灌注有机聚合物制作的压电材料，可有效地提高探测器的灵敏度，增大探测距离。

正在研究的新型功能复合材料还有：柔性薄膜红外热释电复合材料、折射率和反射率可变的复合材料、热-湿敏复合材料、磁性复合材料、屏蔽复合材料和导电复合材料。

金属基复合材料简介金属基复合材料（Metal Matrix composites,MMCs）主要是指以金属、合金为基体材料，以纤维、晶须、颗粒等高强度材料作为增强体，制备而成的一种复合材料。

MMCs的常用的制备方法有：粉末冶金法、原位生成复合法、喷射成形法、铸造凝固成型法等。

按照不同增强相可以分为连续纤维增强（主要有碳及石墨纤维、碳化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维、不锈钢丝和钨丝）、非连续纤维增强（包括碳化硅、氧化铝、碳化硼等颗粒增强，碳化硅、氧化铝、等晶须增强，氧化铝纤维等短纤维增强）和叠层复合三类复合材料。

引入增强相在一定程度上会改变基体材料的显微结构和组织，如亚结构、位错形态和晶粒尺寸等，从而提高和弥补了基体材料在某些性能上的缺陷，使得MMCs 具备高的比强度和比模量、耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小、尺寸稳定性强、良好的导电和导热性等优异的物理和力学性能。

因此，MMCs已经取代了部分传统材料，并逐渐成为国内外材料科学研究的重点领域。

铜是人类发现最早并最实用的金属之一，因其具有优良的延展性，仅次于银的电导率，仅次于金银的热导率，一直以来备受重视。

但是，铜的力学性能(耐磨性、硬度、强度、抗蠕变性等)较差，限制了铜在工业和军事等领域的应用。

在众多MMCs中，铜基复合材料以其优异的导电、导热性能、耐腐蚀性以及良好的加工性而被广泛关注。

从二十世纪六十年代开始，铜基复合材料的相关研究逐渐开展，许多科学家在铜基体中加入了不同的增强体，发现该复合材料既保持了铜的优点，又弥补了铜力学性能上的不足。

时至今日，铜基复合材料的研究已经持续了几十年，形成了以颗粒增强铜基复合材料、纤维增强铜基复合材料、晶须增强铜基复合材料三大类别。

1、颗粒增强铜基复合材料颗粒增强铜基复合材料目的是将性能优异的颗粒均匀分散于铜基体，提高铜基复合材料的综合性能。

颗粒增强相产生的钉扎作用能够极大的阻碍位错的运动从而增强复合材料的强度，使铜基复合材料的力学性能、耐磨以及高温性能大幅提高。