金属基复合材料 PPT课件

复合材料的热膨胀系数通常低于单一材料，使其在温度变化时能保 持较好的尺寸稳定性。
良好的热导性
某些复合材料具有良好的热导性，适用于需要散热或传热的场合。
耐高温性能
通过选择合适的基体和增强材料，复合材料可以在高温环境下保持 较好的力学性能。
电学性能
绝缘性能
大多数复合材料具有良好的绝缘性能，适用于电气 和电子设备中。
后处理与加工
固化处理
对成型的复合材料进行加热或自然固化，使其达到所需的物理和化 学性能。
机械加工
对固化后的复合材料进行切割、钻孔、打磨等机械加工，以满足产 品形状和尺寸的要求。
表面处理
对复合材料表面进行喷漆、电镀、阳极氧化等处理，以提高其耐腐蚀 性、装饰性等性能。
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复合材料的性能特点
力学性能
成型工艺
手糊成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层纤 维布或毡，再涂刷一层树脂，如此反复
直至达到所需厚度。
模压成型
将预浸料或纤维与树脂混合物放入模 具中，在加热和加压的条件下固化成
型。
喷射成型
将树脂和固化剂分别通过喷嘴喷到模 具上，同时用喷枪将纤维切断并喷到 树脂中，形成复合材料层。
注射成型
将树脂和固化剂混合后注入到装有纤 维的模具中，然后在一定温度和压力 下固化成型。
复合材料的组成与结构
基体材料
聚合物基体
如环氧树脂、聚酰亚胺等，具有良好的可加工性和韧 性。
金属基体
如铝、镁、钛等合金，具有高比强度和优异的导电导 热性能。
陶瓷基体
如氧化铝、氮化硅等，具有高温稳定性和耐磨损性。
增强材料
纤维增强材料
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比 强度和模量。

因此，基体开裂并不导致突然失效，材料的最终失效应变 大于基体的失效应变。
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2、高温力学性能 室温下，复合材料的抗弯强度比基体材料高约10倍，弹性模
量提高约2倍。复合材料的抗弯强度至700℃保持不变，然 后强度随温度升高而急剧增加；但弹性模量却随着温度升 高从室温的137GPa降到850℃的80 GPa。这一变化显然与 材料中残余玻璃相随温度升高的变化相关。
其中一个组分是细丝（连续的或短切的）、薄片或颗粒 状，具有较高的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受 外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体。增强相或 增强体在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离包围，因此 也称作分散相；复合材料中的另一个组分是包围增强相并相 对较软和韧的贯连材料，称为基体相。
1、室温力学性能
对陶瓷基复合材料来说，陶瓷基体的失效应变低于纤维的 失效应变，因此最初的失效往往是基体中晶体缺陷引起 的开裂。 材料的拉伸失效有两种：
第一：突然失效。如纤维强度较低，界面结合强度高，基 体较裂纹穿过纤维扩展，导致突然失效。
第二：如果纤维较强，界面结合较弱，基体裂纹沿着纤维 扩展。纤维失效前纤维/基体界面在基体的裂纹尖端和尾 部脱粘。
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复合材料是由多相材料复合而成，共同特点主要有三个：
(１)综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能， 具有天然材料所没有的性能。例如，玻璃纤维增强环氧基复合材料， 既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。
(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。如，针对方向性 材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。 (3)可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。例如，可 避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨 制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。陶瓷基复合材料 已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件 、能源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制 造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意 的使用效果。

压铸成型法的具体工艺
将包含有增强材料的金属 熔体倒入预热摸具中后，迅 速加压，压力约为70-100MPa， 使液态金属基复合材料在压 力下凝固。 复合材料完全固化后顶出， 制得所需形状及尺寸的复合 材料的坯料或压铸件。
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压铸成型法的特点
压铸工艺中，影响金属基复合材料性能的工艺因素主要 有四个：①熔融金属的温度、 ②模具预热温度、 ③使用的 最大压力、 ④加压速度。 在采用预制增强材料块时，为了获得无孔隙的复合材料， 一般压力不低于50MPa，加压速度以使预制件不变形为宜， 一般为1-3cm/s。 对于铝基复合材料，熔融金属温度一般为700-800℃，预 制件和模具预热温度一般可控制在500-800℃，并可相互补 偿，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。 采用压铸法生产的铝基复合材料的零部件，其组织细化、 无气孔，可以获得比一般金属模铸件性能优良的压铸件。 与其他金属基复合材料制备方法相比，压铸工艺设备简 单，成本低，材料的质量高且稳定，易于工业化生产。 32
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粉末冶金法的优点
① 热等静压或烧结温度低于金属熔点，由于高温引起的增 强材料与金属基体的界面反应少，减小了界面反应对复合材 料性能的不利影响。同时可以通过热等静压或烧结时的温度、 压力和时间等工艺参数来控制界面反应。 ② 可根据性能要求，使增强材料（纤维、颗粒或晶须）与 基体金属粉末以任何比例混合，纤维含量最高可达75%，颗粒 含量可达50%以上，这是液态法无法达到的。 ③ 降低增强材料与基体互相湿润及密度差的要求，使颗粒 或晶须均匀分布在金属基复合材料的基体中。 ④ 采用热等静压工艺时，其组织细化、致密、均匀，一般 不会产生偏析、偏聚等缺陷，可使孔隙和其他内部缺陷得到 明显改善，提高复合材料的性能。 ⑤ 金属基复合材料可通过传统的金属加工方法进行二次加 21 工，得到所需形状的复合材料构件毛坯。

前景
随着科技的不断进步和环保意识的提高，未来复合材料将 更加注重环保、可再生、高性能等方向的发展，同时其在 智能制造、新能源等领域的应用也将不断拓展。
02
CATALOGUE
复合材料的组成与结构
基体材料
01
02
03
定义
基体材料是复合材料中连 续相，起粘结、保护增强 材料并传递载荷到增强材 料上的作用。
生物相容性
某些复合材料具有良好的生物相容性 ，可用于医疗器械、人体植入物等领 域。
05
CATALOGUE
复合材料的应用实例
航空航天领域应用
飞机结构
复合材料用于制造飞机机翼、机身和尾翼等结构部件，具 有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳等优点，可提高飞行器的性 能和燃油经济性。
航天器结构
复合材料在航天器结构中也有广泛应用，如卫星、火箭和 空间站等，其轻质高强的特性有助于减轻发射重量和提高 有效载荷。
美观、舒适、环保等特点。
03
动力系统
复合材料可用于制造汽车发动机罩、进气歧管等动力系统部件，具有优
异的耐高温性能和力学性能。
建筑领域应用
建筑结构
复合材料可用于制造建筑结构中的梁、板、柱等承重部件，具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲 劳等优点，有助于提高建筑物的抗震性能和耐久性。
建筑装饰
复合材料也可用于制造建筑装饰材料，如墙板、吊顶、隔断等，具有美观、环保、易安装 等特点。
某些复合材料在受到冲击时能 够吸收大量能量，表现出良好
的抗冲击性能。
物理性能
低密度
相对于金属材料，复合材料通常具有较低的 密度，有利于实现轻量化设计。
优异的电绝缘性
某些复合材料具有极佳的电绝缘性能，适用 于电气和电子设备。

6.2.2金属基复合材料的基本性能
5. 耐磨性好 6. 良好的疲劳性能和断裂韧性 良好的界面结合状态可有效传递载荷, 阻止裂纹的扩展， 提高材料的断裂韧性. 7. 不吸潮， 不老化，气密性好
6.2.3 金属基体在复合材料中的作 用
1. 固结增强体 2. 传递和承受载荷 3. 赋予复合材料一定形状， 保证复合材 料具有一定的可加工性. 4. 复合材料的强度、 刚度、密度、耐高 温、 耐介质、 导电、导热等性能均与基 体的相应性质密切相关.
二、钛及钛合金
钛及其合金由于具有比强度高、耐热性好、耐 蚀性能优异等突出优点，自1952年正式作为结构材 料使用以来发展极为迅速，在航空工业和化学工业 中得到了广泛的应用。化学性质十分活泼，缺点是 在真空或惰性气体中进行生产，成本高，价格贵。
钛基复合材料
二、钛及钛合金
（一）纯钛 钛是一种银白色的金属，密度小，熔点高，高的 比强度和比刚度，较高的高温强度。钛的热膨胀系数 很小，热应力较小，导热性差，切削、磨削加工性能 较差。在空气中，容易形成薄而致密的惰性氧化膜， 在氧化性介质中的耐蚀性优良，在海水等介质中也具 有极高的耐蚀性；钛在不同浓度的酸（ HF 除外）以及 碱溶液和有机酸中，也具有良好的耐蚀性。 纯钛具有同素异构转变，在882.5℃以上直至熔点 具有体心立方晶格，称为β —Ti。在882.5℃以下具有 密排六方晶格，称为α —Ti。
（二）钛合金
钛合金分为α 型钛合金 β 型钛合金 α +β 型钛合金 以TA、TB和TC表示其牌号
三、铜及铜合金
在自然界中既以矿石的形式存在，又以纯金属的形 式存在。其应用以纯铜为主。铜及铜合金的产品中， 80%是以纯铜被加工成各种形状供应的。
（一）纯铜 呈紫红色，又称紫铜。属重金属范畴，无同素异构 转变，无磁性。最显著的特点是导电、导热性好，仅次于 银。 高的化学稳定性，在大气、淡水中具有良好的抗蚀 性，在海水中的抗蚀性较差。 纯铜具有立方面心结构，极优良的塑性，可进行冷热 压力加工。

2．粉末冶金
适用于连续、长纤维 增强．也可用于短纤 维、颗粒或晶须增强 的金属基复合材料
长纤维增强：将纤维和 金属粉末按比例混合，密 封在容器中，然后进行热 等静压
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其它增强相
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粉末冶金的优点
工艺过程温度低，可以控制界面反应
增强材料(纤维、颗粒或晶须)与基体金属粉末 可以任何比例混合，纤维含量最高可达75％， 颗粒含量可达50％以上
高温性能优良。合金化后的耐热性显著提高，可以作为
高温结构材料使用，如航空发动机的压气机转子叶片等， 长期使用最高温度已达540℃
在大气和海水中有优异的耐蚀性．在硫酸、盐酸、硝酸 相氢氧化纳等介质中都很稳定
导电与导热性差.导热系数只有铜的1／l 7和铝的l／10， 比电阻为铜的25倍
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对浸润性和密度差的要求较小
采用热等静压工艺时，其组织细化、细密、均 匀，一般不会产生偏析、偏聚等缺陷，可使空 隙和其它内部缺陷得到明显改善，从而提高复 合材料的性能
可以用传统的加工方法进行二次加工
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粉末冶金的缺点
工艺过程比较复杂，金属基体必须制 成金属粉末，增加了工艺的复杂性和 成本
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普通压铸工艺过程
将包含有增强材料的金属熔体倒入预热模 具中后迅速加压，压力约为70—l00MPa， 使液态金属基复合材料在压力下凝固。待 复合材料完全固化后顶出，即制得所需形 状及尺寸的金属基复合材料的坯料或压铸 件。
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增强材料预制体的压铸工艺过程
将熔融金属注入装有增强材料(长、短纤维， 颗粒或晶须)的预制件模具中，并在压力下使 之渗入预制件的间隙，在高压下迅速凝固成金 属基复合材料

总论 复合材料的基体材料 复合材料的增强材料 复合材料的界面 聚合物基复合材料 金属基复合材料 碳/碳复合材料
第一章
总 论
1.1 发展概况
1.2 复合材料定义、命名 和分类 1.3 复合材料的基本性能
第一章 总 论
1.1 发展概况
材料发展历史： 石器、铜器、铁器时代等 实现生产、科学目的： 新材料研究 材料科学历史： 四十多年
问 题： （1）复合产物能否为液体或气体？ （2）复合材料是不是只能是一个
连续相与一个分散相的复合？
1.2.2 命名
例：玻璃纤维增强树脂基复合材料命名
玻璃钢 玻纤增强塑料、玻璃塑料、玻璃布 层压板、玻璃纤维复合材料
命名原则：
增强材料+基体材料+复合材料
例：碳纤维环氧树脂复合材料 书写： 碳/环氧复合材料
亚短钢纤维（长度40—60mm) 短钢纤维（长度20—35mm) 超短钢纤维（长度＜15mm)
横截面形状：圆形、矩形截面 钢纤维主要品种：不锈钢、低碳钢
图 15
高架桥
1.3.6 三种复合材料性能比较 （1）使用温度、硬度 使用温度： CMC >MMC > PMC 硬 度: CMC >MMC > PMC
纤维增强树脂基复合材料：
● 基体强韧性降低裂纹扩展速度 ● 纤维对裂纹阻隔作用，使裂纹 尖端变纯或改变方向
裂纹扩展路径曲折、复杂
图12 三种材料疲劳性能比较
1—碳纤维复合材料
3—铝合金
2—玻璃钢
金属疲劳强度=20—50%抗张强度
碳纤维复合材料疲劳强度=
70—80%抗张强度
（3）减振性能好 影响自振频率因素：
1.3.2 聚合物基复合材料及主要性能

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③ 基体金属与增强物的相容性
金属基复合材料需要在高温下成型，制备 过程中，处于高温热力学非平衡状态下的纤维与 金属之间很容易发生化学反应，在界面形成反应 层。界面反应层大多是脆性的，当反应层达到一 定厚度后，材料受力时将会因界面层的断裂伸长 小而产生裂纹，并向周围纤维扩展，容易引起纤 维断裂，导致复合材料整体破坏。
• 仿照骨骼的组织特点，人们制造了类似结构的风力发电机和 直升飞机的旋翼，外层是刚度、强度高的碳纤维复合材料， 中层是玻璃纤维增强复合材料、内层是硬泡沫塑料。
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9.3 复合材料的基体材料
复合材料的原材料： • 基体材料
– 金属材料 – 陶瓷材料 – 聚合物材料
• 增强材料
– 纤维 – 晶须 – 颗粒
则、增韧机制和界面作用； • 了解复合材料的成型工艺。
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参考书目
• 王荣国 主编，复合材料概论，哈尔滨工业大学 出版社，1999
• 闻荻江主编，复合材料原理，武汉理工大学出 版社，1998
• 鲁云，先进复合材料，机械工业出版社，2004 • ASM International, Engineered materials
– 基体主要是镍基、铁基耐热合金和金属间化合物。较成熟 的是镍基、铁基高温合金，金属间化合物基复合材料尚处 于研究阶段。
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9.3.1.3 功能用金属基复合材料的基体
• 要求材料和器件具有优良的综合物理性能，如同时具 有高力学性能、高导热、低热膨胀、高导电率、高抗 电弧烧蚀性、高摩擦系数和耐磨性等。
Chapter 9 Composites
复合材料
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1
本章内容
1. 复合材料概述 2. 复合材料分类 3. 复合材料的基体 4. 复合材料的增强相 5. 复合材料的复合原理 6. 复合材料的成型工艺

详细描述
复合材料是由两种或多种材料组合而成的，这些材料可以是金属、非金属、有机或无机材料，通过一定的工艺技 术，如挤压、铸造、热压等，将它们结合在一起，形成一个整体。这个整体具有各组分材料所不具备的特性，从 而满足各种不同的需求。
分类
要点一
总结词
复合材料可以根据不同的分类标准进行分类，如按组分类 型、形态、制造工艺等。
声学性能
通过调整复合材料的结构和组成，可 以控制其声学性能，如隔音、吸音效 果。
化学性能
耐腐蚀性
环境适应性
复合材料中的基体和纤维对各种化学环境 有很好的耐受性，不易被腐蚀。
某些复合材料能在极端环境中保持稳定， 如高温、高压、高湿或强辐射环境。
良好的密封性
可设计性强
复合材料的结构特性使其具有很好的气密 性和水密性，适用于需要密封的场合。
高性能化
随着科技的不断进步，对复合材料性能的要求也越来越高，高性能 复合材料将得到更广泛的应用。
智能化
随着物联网、传感器等技术的不断发展，复合材料将逐渐实现智能 化，提高其使用效率和安全性。
技术挑战
01
02
03
制造技术
复合材料的制造技术要求 高，需要精确控制各组分 的比例和分布，提高制造 效率和质量。
聚合物基复合材料的生产工艺主要包 括手糊成型、喷射成型、层压成型、 模压成型等。
喷射成型是通过将树脂和增强材料混 合后，通过喷枪喷射到模具表面，快 速固化形成复合材料制品。
金属基复合材料工艺
金属基复合材料是以金属或其 合金为基体，以纤维、晶须、 颗粒等为增强剂，通过复合工
艺制备而成的材料。
金属基复合材料的生产工艺主 要包括铸造、粉末冶金、扩散
可以根据特定的化学环境需求，设计复合 材料的组成和结构，以满足各种应用需求 。

飞行器和卫星构件宜选密度小的轻金属合金－镁、铝合金为 基体，与高强、高模石墨纤维、硼纤维组成石墨/镁、石墨/铝、硼 /铝等复合材料； ② 高性能发动机要求：高比强、比模量，优良的耐高温性能在 高温氧化性气氛中工作。
而选用钛合金、镍基合金及金属间化合物，如碳化硅 / 钛、镥、 钨丝/镍基起合金复合材料，可用于喷气发动机叶片、转轴等重要 零件。
基本原理是： 液态金屑基体通过特殊的喷嘴，在隋性气体气流的作用下雾化成细小的液态金属沉，
喷向衬底．将颗粒加入到雾化的金属流中，与金属液滴混合在一起并沉积在衬底上，
凝固形成金属基复合材料。
共喷沉积法的特点：
①适用面广。可用于铝、铜、镍、钻等有色金同基体，也可用于铁、 金属间化合物基体，可加入SiC、Al2O3、、石墨等多种颗粒产品可以 是圆棒、圆锭、板带、管材等。 ②生产工艺简单、效率高。与粉末冶金法相比，不必先制成金属粉末， 然后再与颗粒混合、压型、烧结等工序，而是快速一次复合成坯料， 雾化速率可达25-100Kg／min，沉淀凝固迅速。 ③冷却速度大。所得复合材料基体金属的组织与快速凝固相近，晶粒 细、无宏观偏析、组织均匀。 ④颗粒分布均匀。在严格控制工艺参数的条件下颗粒在基体中的分布 均匀。 ⑤复合材料中的气孔卒较大。气孔率在2%-5%之间，但经挤压处理后可 消除气孔．获得致密材科。
液态法
液态法是制备金属基复合材料的主要方法：
真空压力浸渍法； 共喷沉积；
挤压铸造；
真空吸铸； 搅拌铸造等方法
共喷沉积法
共喷沉积法是制造各种颗粒增强金属基复合材料的有效 方法，1960年由Siager发明，随后由Ospray金属有限公 司发展成工业生产规模的制造技术，可用来制造铝、铜、 镍、铁、金属间化合物基复合材料。

第二节 金属基复合材料(MMC)成形工艺
一、固态法
1.扩散黏结法(Diffusion Bonding) 如图9-2所示，扩散黏结是一种在较长时间、
较高温度和压力下，通过固态焊接工艺，使同类 或不同类金属在高温下互扩散而黏结在一起的工 艺方法。
2.形变法(Plastic Forming) 形变法就是利用金属具有塑性成型的工艺特点
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
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
第一节 复合材料简述
四 、 复 合 材 料 的 失 效 (Failure of Composite)
复合材料的失效一般是指其疲劳破坏过程。
1.制造加工损伤
此种损伤产生初始缺陷。，它包括：纤维铺设不 均，扭结、死扣等，树脂不均；纤维切断、错排； 固化不足；有孔隙、气泡；材质污染等。
2.使用引起的损伤
此种损伤导致缺陷发展。它包括：树脂裂纹或老 化；分层；纤维断裂；振动较大导致的纤维断裂； 温度变化较大；机加工产生内应力；碰撞等。
二、复合材料用原料
1.增强材料
(1)碳纤维(Carbon Fiber) (2)硼纤维(Boron Filament) (3)芳纶(Aramid Ring) (4)玻璃纤维(Glass Fiber) (5)碳化硅纤维(Silicon Carbide Fiber) (６)晶须(Whisker)
2.基体材料
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。

再
见
1、不要做刺猬，能不与人结仇就不与人结仇，谁也不跟谁一辈子，有些事情没必要记在心上。 2、相遇总是猝不及防，而离别多是蓄谋已久，总有一些人会慢慢淡出你的生活，你要学会接受而不是怀念。 3、其实每个人都很清楚自己想要什么，但并不是谁都有勇气表达出来。渐渐才知道，心口如一，是一种何等的强大! 4、有些路看起来很近，可是走下去却很远的，缺少耐心的人永远走不到头。人生，一半是现实，一半是梦想。 5、你心里最崇拜谁，不必变成那个人，而是用那个人的精神和方法，去变成你自己。 6、过去的事情就让它过去，一定要放下。学会狠心，学会独立，学会微笑，学会丢弃不值得的感情。 7、成功不是让周围的人都羡慕你，称赞你，而是让周围的人都需要你，离不开你。 8、生活本来很不易，不必事事渴求别人的理解和认同，静静的过自己的生活。心若不动，风又奈何。你若不伤，岁月无恙。 9、命运要你成长的时候，总会安排一些让你不顺心的人或事刺激你。 10、你迷茫的原因往往只有一个，那就是在本该拼命去努力的年纪，想得太多，做得太少。 11、有一些人的出现，就是来给我们开眼的。所以，你一定要禁得起假话，受得住敷衍，忍得住欺骗，忘得了承诺，放得下一切。 12、不要像个落难者，告诉别人你的不幸。逢人只说三分话，不可全抛一片心。 13、人生的路，靠的是自己一步步去走，真正能保护你的，是你自己的选择。而真正能伤害你的，也是一样，自己的选择。 14、不要那么敏感，也不要那么心软，太敏感和太心软的人，肯定过得不快乐，别人随便的一句话，你都要胡思乱想一整天。 15、不要轻易去依赖一个人，它会成为你的习惯，当分别来临，你失去的不是某个人，而是你精神的支柱;无论何时何地，都要学会独立行走 ，它会让你走得更坦然些。 16、在不违背原则的情况下，对别人要宽容，能帮就帮，千万不要把人逼绝了，给人留条后路，懂得从内心欣赏别人，虽然这很多时候很难 。 17、做不了决定的时候，让时间帮你决定。如果还是无法决定，做了再说。宁愿犯错，不留遗憾! 18、不要太高估自己在集体中的力量，因为当你选择离开时，就会发现即使没有你，太阳照常升起。 19、时间不仅让你看透别人，也让你认清自己。很多时候，就是在跌跌拌拌中，我们学会了生活。 20、与其等着别人来爱你，不如自己努力爱自己，对自己好点，因为一辈子不长，对身边的人好点，因为下辈子不一定能够遇见。

• 2 - 1 纤维 （基体箔材）聚合物粘结剂先驱（预 纤维/（基体箔材）聚合物粘结剂先驱（ 制）带（板）(图 9-1)： 图 ： • 缠绕鼓(基体箔材)→纤维定向定间距缠绕→涂敷 聚合物粘结剂定位。
2 - 2 等离子喷涂纤维 / 基体箔材先驱（预制）带（板）： 基体箔材先驱（预制）
• 纤维定向定间距缠绕 → 等离子喷涂基体粉 末定位（ 末定位（图9-2）。 ）。
2 - 4 粉末法纤维 基体复合丝 粉末法纤维/基体复合丝
首先将金属基体粉末与聚合物粘接 首先 剂混合制成基体粉末/聚合物粘接剂 胶体，然后 然后将纤维通过带有一定孔 然后 径毛细管的胶槽，在纤维表面均匀 地涂敷上一层基体粉末胶体，干燥 后形成一定直径的纤维/基体粉末复 合丝。复合丝的直径取决于胶体的 粘度、纤维走丝速度以及胶槽的毛 细管孔径等。
• 此工艺控制的参数主要是：1）熔体的温 度应使熔体达到30∼50 %的固态；2）搅 ∼ 拌速度应不产生湍流，使枝晶破碎成固 态颗粒，降低熔体的粘度以利于增强颗 粒的加入。
4 -3 喷射成型法（Ospray，Spray Co-deposition） 喷射成型法（ ， ） • 喷射沉积工艺是一种80年代逐渐成熟的将粉末 冶金工艺中混合与凝固两个过程相结合的新工 艺。 • 如图9-16所示，该工艺过程是将基体金属在坩 埚中熔炼后，在压力作用下通过喷嘴送入雾化 器，在高速惰性气体射流的作用下，液态金属 被分散为细小的液滴，形成“雾化锥”；同时 通过一个或多个喷嘴向“雾化锥”喷射入增强 颗粒，使之与金属雾化液滴一齐在一基板（收 集器）上沉积并快速凝固形成颗粒增强金属基 复合材料。
6 – 3 反应生长法（XD TM） 反应生长法（ ）
• 该工艺可生成颗粒、晶须或共同增强的金属和 金属间化合物基复合材料。根据所选择的原位 生长的增强相的类别或形态，选择基体和增强 相生成所需的原材料，如一定粒度的金属粉末、 硼或碳粉，按一定比例混合制成预制体，并加 热到熔化或自蔓延燃烧（SHS）反应发生的温 度时，预制体的组成元素进行放热反应，以生 成在基体中弥散的微观增强颗粒、晶须和片晶 等（图9-22）。

碳纤维 硼纤维 SiC纤维 氧化铝纤维
铝合金——固态、液态法 镁合金—— 固态、液态法 钛合金—— 固态法 高温合金——固态法 金属间化合物——固态法
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
2.1金属基复合材料制备工艺旳分类： 1）固态法：粉末冶金法、真空热压扩散结合、
热等静压、超塑性成型 / 扩散结合、模压。 2）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、
预制块旳制备工艺流程图
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烘干与烧结处理工艺
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SiC颗粒预制块
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SiCp/Al复合材料
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影响复合材料质量旳主要原因
（1）预制块旳质量（均匀、无裂纹、无气泡、一定强度） （2）模具和预制块旳预热温度（铝合金约500℃） （3）浇注温度（一定过热度） （4）渗流压力（致密度） （5）保压时间（300s左右）
热压法工艺流程
在增强材料上铺金属箔
裁剪成形
加热至所需温度
加压与保压
抽真空
冷却取出制品 并加以整顿
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影响扩散粘结过程旳主要参数是：温度、压力和一定温度及压力 下维持旳时间。另外，气氛对质量也有较大影响。
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扩散粘结过程分为三个阶段：
不连续增强相金属基复合材料旳制备工艺
颗粒 晶须 短纤维
铝合金—固态、液态、原位生长、喷射成型法 镁合金—液态法 钛合金—固态、液态法、原位生长法 高温合金—原位生长法 金属间化合物—粉末冶金、原位生长法

铺层优化设计
通过调整复合材料的铺层顺序、纤维方向和厚度分布等参数，实现结构的最优化。
制造工艺优化
针对复合材料的制造工艺进行优化，提高生产效率和产品质量。
试验验证与反馈
对优化后的复合材料结构进行试验验证，并将结果反馈至设计阶段，不断完善和优化设计方案。
优化设计策略探讨
06
CHAPTER
复合材料加工与制造技术
自动铺放技术及应用实例
自动铺放技术概述
自动铺放技术是一种高效、精确的复合材料制造方法，主要包括自动铺带技术和自动铺丝技术。
应用实例
自动铺放技术在航空航天、汽车、船舶等领域具有广泛应用。例如，在航空航天领域，自动铺放技术可用于制造飞机机翼、机身等部件，提高生产效率和产品质量。
树脂传递模塑（RTM）是一种闭模成型技术，将低粘度树脂注入到闭合模具中，浸润增强材料并固化成型。
航空航天领域
汽车工业领域
体育器材领域
分享汽车轻量化设计中的复合材料应用案例，如车身、底盘、发动机罩等部件。
介绍高尔夫球杆、网球拍、自行车车架等体育器材中复合材料的设计与应用。
03案例分享
01
02
03
04
有限元分析
利用有限元分析方法对复合材料结构进行力学性能和热学性能分析，以指导优化设计。
07
CHAPTER
复合材料回收利用与环保问题探讨
当前复合材料回收利用率较低，大量废弃物未得到有效利用。
回收利用率低
复合材料种类繁多，回收处理技术复杂，难以实现高效、低成本回收。
技术挑战
缺乏成熟的复合材料回收市场，回收产业链尚不健全。
市场机制不完善
回收利用现状及挑战
生产成本增加
环保法规的实施导致企业生产成本增加，对产业发展带来一定压力。

复合材料的设计主要有功能设计、结构设计和工艺设计 三大部分。另外还要求对设计的合理性和可靠性加以评 价。
复合材料一体化制造系统是根据材料设计、结构设计、 工艺及可靠性评价平行发展的概念，这是一个系统工程。
工程结构设计原则由静态设计向动态设计过渡，因此 应对复合材料结构进行动态分析。
一般来说，从复合材料宏、细、微观结构的特征尺度 来看，目前的分析手段主要有两种 : 细观力学分析方 法和宏观力学分析方法。
炼青铜
发现海棉状铁 凝固在炉渣中
发现烧红的钢淬入冷 水，可使钢变得更硬， 现在叫淬火工艺。 浴以五牲之溺， 淬以五牲之脂。
铁器时代
反复锻打钢
中国古代冶炼技术
《天工开物》记载的古代冶炼金属的场面
近代发展史
第一次技术革命 第二次技术革命
第三次技术革命
18世纪后期，以蒸汽机的 发明为主要标志，促进了钢 铁材料发展。 19 世纪末，以电的发明为 标志，促进了无机材料发展 和高分子材料出现。 20 世纪中期，以原子能应 用为重要标志，实现了合成 材料、半导体材料的工业化。 20世纪70年代，以计算机、 特别是微电子技术、生物工 程技术和空间技术为主要标 志，促进了各类新型材料发 展。
利用信息材料和新的制备工艺制造大规模集成电路芯片， 将人类 社会带入了信息时代。
十多年前的手机
十多年前的照相机
中国神六航天飞船的发射
飞船系统从神舟二 号开始的新老交替正 式完成，40岁以下的 技术人员已占整个队 伍的80％以上。分系 统副主任设计师以上 关键技术岗位人员平 均年龄３２岁。
神六飞船的”外衣”材料
3.3 金属基复合材料的增强体选择
根据其形态增强体分为连续长纤维、短纤维、晶须、颗粒等。 增强体应具有高比强度、高模量、高温强度、高硬度、低热 膨胀等性能。 （1）连续纤维