1 复合材料基础

复合材料在中国
• 始于军品开发，1958年研制出玻璃钢快艇、手 提火箭发射管 • 60年代研制成用于远程火箭的GF-酚醛树脂烧 蚀防热弹头、 GFRP直升机螺旋桨 • 1970年制造出直径44米的GFRP雷达罩 • 70年代以后GFRP逐渐转入民用，如冷却塔、 化学储罐、水箱、汽车部件、运动器材等 • 目前研发FRTP、MMC和CMC
1) 印刷线路板
• 玻璃布基敷铜箔板具有高耐潮湿性、绝缘 强度及绝缘电阻大，已大量取代纸基板而 广泛应用于彩电、计算机、雷达等的印刷 线路板； • 美国杜邦公司Kevlar复合材料印刷线路板， 其抗拉强度高、尺寸稳定性好、有效抑制 了树脂基体与铜因受热膨胀引起的分层， 尺寸稳定性好。
2) 天馈系统
复合材料的高比强度、高比模量、良好 的抗疲劳损伤、独特的可设计性，可使飞行 器显著提高结构效率和寿命，减轻重量，改 善气动力性能，同时在隐身、智能、结构综 合等方面显示巨大的潜力。
国外军用飞机上应用情况
续 表
国外民用飞机上复合材料的应用
波音767用复合材料
某飞机垂尾使用复合材料减轻的重量
美国90年就计划到20世纪末在先进作战飞机上复合材料 的用量将占结构总重量的26%—65%。每架飞机平均使 用2.4-4.5t，年增长率8%-20%，到2000年先进复合材料 在飞机上的用量超过3万t.
直升飞机上应用
金属桨叶的寿命一般不超过3000h，而复合材 料桨叶的寿命可达10000h以上。1987年第一架全复 合材料飞机——波音公司的360直升机，被称为直 升机技术的第二次革命。
航天器结构对材料的要求 • 发射时，航天器受到很大的加速度过载和强 烈的振动，要求材料有足够的强度； •为了避免航天器和发射系统共振，要求结构 有足够的刚度； •在轨运行中航天器处于高低温交变环境中， 某些部件（如卫星抛物线天线等）尺寸精度 要求很高，必须有尽可能小的热膨胀系数； • 高真空及粒子、紫外辐射下具有足够的稳定 性； •返回式航天器结构，还要求防热、耐热。

复合材料初中
复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的，具有优良的性能和广泛的应用。

在我们的日常生活中，复合材料无处不在，比如我们常见的玻璃钢、碳纤维等，都是复合材料的一种。

复合材料的应用范围非常广泛，从航空航天到汽车、建筑、体育器材等领域都有着重要的作用。

首先，复合材料具有很高的强度和刚度，这是其它材料所无法比拟的。

比如碳
纤维复合材料，其强度和刚度是传统金属材料的数倍甚至数十倍。

这使得复合材料在航空航天领域有着广泛的应用，可以减轻飞机的重量，提高飞行速度和燃油效率。

其次，复合材料具有优异的耐腐蚀性能和抗老化性能。

传统的金属材料容易受
到腐蚀和氧化的影响，而复合材料可以有效地抵御这些影响，延长材料的使用寿命。

这使得复合材料在海洋工程、化工设备等领域有着广泛的应用。

另外，复合材料还具有设计灵活性高的特点。

通过不同的材料组合和不同的层
压方式，可以得到不同性能的复合材料，满足不同领域的需求。

这种设计灵活性使得复合材料在汽车、建筑等领域有着广泛的应用。

总的来说，复合材料具有很多优良的性能，使得其在各个领域有着广泛的应用。

随着科技的发展和人们对材料性能要求的提高，相信复合材料的应用范围会越来越广，对人类社会的发展会产生越来越重要的影响。

希望大家能够加深对复合材料的了解，发挥其优势，推动社会的进步和发展。

4 导轨板表面也可以要求定制油槽及油孔等。
5 导轨板的固定方式：
a ）
粘接固定：将被粘接表面清洗干燥后，用聚胺脂类胶或压敏胶均匀涂在需粘接处，放上 导轨板及对磨件，加压固化。或采用带有精度的双面胶带固定，将更为方便快捷。
b 螺钉固定：用铜埋头螺钉（一般采用 M4 ）固定，螺钉面应低于导轨板工作面 0.20 mm ）。
N/mm2.m/s
表1 连续运转 12 一般运转 60 低速运转 140 ﹣200～+280 有油 < 0.06 无油 < 0.20 有油 < 50 无油 < 3.6
（三）应用特点
图2
1 “静”“动”摩擦系数接近，所以“防爬”“减爬”(即防粘滑运动）性能优良。特别适用于机 构中的微量进给、低速运动和重复定位要求较高的地方。如：数控机床、精密机床的导轨、机 械手臂及伺服机构等。
1 止推垫圈的安装固定是以垫圈凹槽定位，以圆柱销钉来固定的。凹槽直径尺寸等于垫圈 外径 φD 其公差为 G10，凹槽深度比垫圈厚度 T 小 0.3 ~ 0.5 mm ，垫圈内径 φd 与 轴颈间应有单边不小于 1 mm 的间隙。（见图 9）
2 圆柱销钉端面必须低于垫圈工作表面 0.25mm 。
销钉
定位孔
轴承承载能力 适用温度范围
摩擦系数 极限PV值
N/mm2 ℃ μ
N/mm2.m/s
表4 连续运转 12 一般运转 60 低速运转 140 ﹣200～+280 有油 < 0.05 无油 < 0.20 有油 < 50 无油 < 3.4
图5
4 JH1T 铜背自润滑复合材料。在 JH1 型自润滑复合材料的基础上，将带镀层钢背用青铜板材 替代。使其具有更好的耐腐蚀性能和良好的导热性能，适用于冶金行业连铸机、高温炉吊环部 位、水泥灌浆泵轴承等。

改变强化材料表面的性质
• 对SiC晶须表面采用化学方法处理后XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)分析的结 果。由C(1s)和Si(2p)的波谱可以看出，有的地方存在SiO2，有的地方不存在SiO2。 利用这样的表面状态的差来增强界面的结合力。
6.6.2 向基体添加特定的元素
• 在用烧结法制造复合材料的过程中，为了有助于 烧结，往往向基体添加一些元素。有时为了使纤 维与基体发生适度的反应以控制界面，也可以添 加一些元素。在SiCPCS纤维强化玻璃陶瓷（LAS） 中，如果采用通常的LAS成分的基体，在晶化处 理时会在界面产生裂纹。而添加百分之几的Nb时， 热处理过程中会发生反应，在界面形成数微米的 NbC相，获得最佳界面，从而达到高韧化的目的。
5.5 界面行为
5.5.1 界面的脱粘与剥离（Debonding）
研究界面的脱粘与剥离的意义
研究思路 ➢ 考虑基体中仅有一根纤维，受到拉伸载荷为Pf的情
况 ➢ 分析复合材料中强化材料与基体间应力传递的方
式 解析法： ➢ 应用最大剪切应力理论 ➢ 应用断裂力学理论
脱粘、剥离与滑动的关系为一旦发生脱粘与剥离，剥离部分就产生滑 动。解析法可以应用最大剪切应力理论，也可以应用断裂力学理论。
临界值
• 断裂的机制 张开型裂纹 φ=0
剪切型裂纹 φ=90 φ=tan-1（KⅡ/KⅠ）
界面对复合材料性能的影响
• 界面特性
复合材料性能
界面黏结强度下降复合材料弹性模量下降
• 但界面特性与复合材料性能的定量关系少
• 界面参数 （强度，韧性）
• 脆性组元的界面区域，尺寸与厚度相当的缺 陷 断裂力学模型
5.2.1 界面应力与非弹性过程