碳碳复合材料的制备方法.ppt

碳材料氮化碳课件
目录
• 氮化碳概述 • 氮化碳的合成方法 • 氮化碳的结构与性质 • 氮化碳的制备实例 • 氮化碳的改性方法 • 氮化碳的未来发展前景
01
氮化碳概述
定义与特性
定义
氮化碳是一种由碳和氮元素组成 的化合物，通常表示为 $C_{n}N_{m}$，其结构类似于石 墨，具有二维平面结构。
生物成像
氮化碳材料具有优良的光学性能和生物相容性，可用于生物成像 领域，提高成像效果和分辨率。
药物载体
氮化碳材料具有较高的药物负载能力和生物相容性，可用于药物载 体领域，实现药物的靶向传输和控释。
生物传感器
氮化碳材料具有优良的电学性能和生物相容性，可用于生物传感器 领域，提高传感器的灵敏度和稳定性。
05氮化碳的改性方法 Nhomakorabea素掺杂元素掺杂是一种常用的氮化碳改性方 法，通过在氮化碳中掺入其他元素来 改变其电子结构和物理性质。常见的 掺杂元素包括硼、氮、磷等。
元素掺杂可以改善氮化碳的导电性能 、光学性能和稳定性，提高其在光电 器件、传感器和催化等领域的应用效 果。
表面修饰
01
表面修饰是通过化学或物理方法 对氮化碳表面进行改性，以改善 其表面性质和界面性能。
总结词
以石墨为原料制备氮化碳是一种常用的方法，具有操作简便、成本低廉等优点。
详细描述
首先将石墨粉末与无水氯化钙混合，然后在高温下进行热处理，使石墨与氯化钙 发生反应。接着将生成的氮气通入反应体系中，与石墨反应生成氮化碳。最后将 产物进行洗涤、干燥即可得到氮化碳。
以三氧化二铝和氮气为原料制备氮化碳
总结词
氮化碳的应用研究逐渐增 多，涉及到光电器件、场 效应晶体管等领域。
氮化碳的应用领域

基体材料增强材料金属基复合材料聚合物基复合材料无机非金属基复合材料种类外形碳纤维复合材料玻璃纤维复合材料芳纶纤维复合材料连续纤维短纤维复合材料片状粒状材料增强复合材料金属基复合材料一方面具有一系列与金属性能相似的优点另一方面增强相的加入又赋予材料一些特殊性能这样不同金属与合金基体及不同增强体的优化组合就使金属基复合材料具有各种特殊性能和优异的综合性能
石墨烯/铜 复合材料
石墨烯/银 复合材料
石墨烯是目前发现的唯一存在的一种由碳原子致密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构的环 保型碳质新材料,具有超大比表面积(2630 m 2/g),是目前已知强度最高的材料(达130 gpa)。
美国科学家研发了一 种全新的金属材料，能够 漂浮在水面上。在设计上， 这种镁合金基复合材料利 用中空碳化硅颗粒进行加 固，密度只有每立方厘米 0.92克，相比之下，水的 密度为每立方厘米1克。 无论是制造船只甲板、汽 车零部件、浮力模块还是 车辆装甲，这种新材料都 拥有广阔的应用前景
应力工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ下的耐高温材料。
陶瓷基复合材料（CMC）由于其本身耐温高、密度低的优势，在航空发动机上的应用 呈现出从低温向高温、从冷端向热端部件、从静子向转子的发展趋势。 CMC材料具有耐温 高、密度低、类似金属的断裂行为、对裂纹不敏感、不发生灾难性损毁等优异性能，有望取 代高温合金满足热端部件在更高温度环境下的使用，不仅有利于大幅减重，而且还可以节约 甚至无须冷气，从而提高总压比，实现在高温合金耐温基础上进一步提升工作温度400～ 500℃，结构减重50%～70%，成为航空发动机升级换代的关键热结构用材。
树脂基复合材料在国外先进航空发动机冷端上的主要应用部位
树脂基复合材料在短舱的主要应用部位
树脂基复合材料由于其优异的比强度和比刚度，最初应用于航空航 天领域，目前正在快速商业化到其他行业,如汽车和体育用品行业。树 脂基复合材料通过成分设计和结构设计，实现特殊应用，这种功能定制 设计能实现许多其他功能，如电、热、光和/或磁性性能。MGI列出了 树脂基复合材料的9个重点发展方向。

总结
碳纤维因品种和质量的 不同，价格从100 多元/kg 到 5 万多元/kg都有。其中，走 小批量、高精尖的品种，我们 不妨戏称为“贵族碳纤维”， 而量大、价格相对低的碳纤维， 我们则戏称为“平民化碳纤 维”。中国堪称是世界碳纤维 研发的“老人”，但却是产业 化的“新手”，所以，对于中 国众多碳纤维企业来说，探讨 “平民化”之路有实质意义。
航天飞机
由碳纤维和环 氧树脂结合而 成的复合材料， 由于其比重小、 刚性好和强度 高而成为一种 先进的航空航 天材料。
F1赛车
现在的F1（世界一级方程锦标赛） 赛车，车身大部分结构都用碳纤维 材料。顶级跑车的一大卖点也是周 身使用碳纤维，用以提高气动性和 结构强度
电 热 管 假肢
碳纤维复合材料的优势
谢谢观赏
THANKS
BUSINESS
⑵碳纤维各工艺分担成本见表3
碳纤维的成本构成见图4
碳纤维产业链
No Image
碳纤维价值链
碳纤维价值链的说法是：从石油原料到碳纤 维，增值关系是1 到3，而把碳纤维做成复 合材料，增值可以到10。而国际上还有一个 类似的说法：一个工业用碳纤维复合材料零 件的成本构成，其中碳纤维和树脂的成本占 25%，把碳纤维转成预浸料或编织布（我们 称之为纤维材料），转化成本为15%，而把 纤维材料制造成复合材料构件，需要60%的 成本，原因是这个过程的边角废料太多，主 要是沿袭于航空航天的成型工艺效率太低。
碳纤维复合材 料
前言
一、碳纤维复合材料的概况 二、碳纤维复合材料的结构 三、碳纤维复合材料的用途 四、碳纤维复合材料的优势 五、我国碳纤维市场特点及商机展望 六、结论
碳纤维复合材料的概况
在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是 人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复 合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以 及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性 能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出 一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具 特色的碳纤维复合材料。

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。
04
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。

精品课件
2）温度梯度法
工艺方法：将感应线圈和感应器的几何形 状做得与预制体相同。接近感应器的预制 体外表面是温度最高的区域，碳的沉积由 此开始，向径向发展。
特点：与等温法相比，沉积速度快，但一 炉只能处理一件，不同温度得到的沉积物 的微观结构有差别。
精品课件
3）差压法
工艺方法：通过在织物厚度方向上形成的 压力梯度促使气体通过植物间隙。将预制 体的底部密封后放入感应炉中等温加热， 碳氢化合物以一定的正压导入预制体内， 在预制体壁两边造成压差，迫使气体流过 空隙，加快沉积速度。
低压浸渍很难得到高致密度的C/C，其密度 一般为1.6～1.85，空隙率约为8～10%。
精品课件
3）高压浸渍
PIC工艺：浸渍和碳化都在高压下进行，利 用等静压技术使浸渍和碳化都在热等静压 炉内进行。可提高产碳率降低空隙率。
表6-5 PIC工艺压力对致密化的影响，当外 压增加到6.9MPa时产碳率显著增加，高密 度C/C复合材料需要51.7～103.4MPa的外压。
增强的预制体，使其接近各向同性。
精品课件
6.4.2 预制体和碳基体的复合
碳纤维编织预制体是空虚的，需向内渗碳 使其致密化，以实现预制体和碳基体的复 合。
渗碳方法：液态浸渍热分解法、化学气相 沉积法。
基本要求：基体的先驱体与预制体的特性 相一致，以确保得到高致密和高强度的C/C 复合材料。
精品课件
精品课件
二、气相沉积法
气相沉积法（CVD法）：将碳氢化合物，如 甲烷、丙烷、天然气等通入预制体，并使 其分解，析出的碳沉积在预制体中。
技术关键：热分解的碳均匀沉积到预制体 中。
影响因素：预制体的性质、气源和载气、 温度和压力都将影响过程的效率、沉积碳 基体的性能及均匀性。

碳纤维增强复合 材料在建筑领域 的应用：如桥梁、 高层建筑、体育 场馆等
碳纤维增强复合 材料在基础设施 领域的应用：如 道路、铁路、管 道等
碳纤维增强复合 材料的优点：轻 质高强、耐腐蚀 、耐高温等
碳纤维增强复合 材料的发展趋势 ：环保、节能、 可回收等
碳纤维增强复合 材料在航空航天、 汽车、能源等领 域的应用前景广 阔
碳纤维增强复合 材料的轻量化、 高强度、耐腐蚀 等性能优势使其 成为未来发展的 重要方向
碳纤维增强复合 材料的制备方法 和工艺的改进和 创新是推动其发 展的关键因素
碳纤维增强复合 材料的成本高、 生产周期长等问 题是其发展面临 的挑战
汇报人：
型、缠绕成型等
按照复合材料类型分 类：热固性复合材料、 热塑性复合材料、陶
瓷基复合材料等
按照应用领域分类：航空 航天、汽车、能源、体育
用品、建筑等
轻质高强：碳纤维具有极高的强度和模量，可以减轻结构重量，提高承载能力。 耐腐蚀：碳纤维对酸、碱、盐等化学物质具有很高的耐腐蚀性，适用于恶劣环境。 耐高温：碳纤维可以在高温环境下使用，适用于航空航天等领域。 导电导热：碳纤维具有导电导热性能，适用于电子设备等领域。 易于加工：碳纤维可以通过多种方式进行加工，如热压、缠绕、层压等，适用于各种复杂形状的构件。
原理：利用热压成型 机将碳纤维预浸料在
热压下固化成型
缺点：需要专用设备， 对操作人员技术要求较
高
优点：生产效率高，成 本低，产品质量稳定
应用领域：航空航天、 汽车、体育用品等领域
原理：利用真空压 力和热压成型技术， 使碳纤维和树脂在 真空环境中充分混 合和固化
优点：可以提高复 合材料的性能，减 少缺陷和孔洞，提 高生产效率

优异的抗疲劳性能
复合材料能够抵抗循环载荷作用下的疲劳破坏，具有较长的疲劳寿命， 适用于承受交变应力的结构件。
03
良好的减震性能
复合材料具有较好的阻尼性能，能够吸收和分散振动能量，降低结构的
振动和噪音水平。
物理性能
耐高低温性能
复合材料能够在极端温度环境下保持稳定的性能，适用于高温或低 温工作条件。
良好的电绝缘性能
模压成型
缠绕成型
将预浸料或预混料放入模具中，在加热和加 压的条件下使其固化成型。
将浸渍过树脂的连续纤维或布带按照一定规 律缠绕到芯模上，然后固化脱模。
后处理与加工技术
热处理
通过加热或冷却的方式改善复合 材料的性能，如消除内应力、提
高强度等。
表面处理
对复合材料表面进行打磨、喷涂 等处理，以提高其外观质量和耐 腐蚀性。
原材料的预处理
对增强材料和基体材料进行清洗、干燥、筛分等 预处理，以确保原材料的质量和性能。
成型工艺方法
手糊成型
喷射成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层基体材 料，再涂刷一层树脂，如此反复直至达到所 需厚度，最后固化脱模。
将树脂和增强材料分别通过喷嘴喷射到模具 上，通过调整喷射参数控制复合材料的厚度 和性能。
大多数复合材料具有优异的电绝缘性能，可用于电气设备和电子器 件的绝缘材料。
多样化的热性能
通过调整复合材料的组分和结构设计，可以实现不同的热性能要求， 如耐热性、隔热性或导热性等。
化学性能
耐腐蚀性
复合材料能够抵抗多种化学物质 的侵蚀，包括酸、碱、盐等，适 用于腐蚀性环境下的应用。
耐候性
复合材料能够抵抗紫外线、氧化、 潮湿等自然环境因素的影响，长 期保持稳定的性能。

碳纤维和碳纤维复 合材料
功能材料1401 孙朋亮
碳纤维与碳纤维复合材料
我们通常所说的碳纤维是一个模糊的总称， 不同种类碳纤维的性能其实千差万别。要注意， 我们所说的「碳纤维」，其实是「碳纤维增强 复合材料」的简称和俗称，与真正的「碳纤维」 是有区别的。简单理解，真正的「碳纤维」就 像是一根一根的毛线，而我们通常所说的「碳 纤维」则是这些毛线织成的各种毛衣、围巾、 手套等等
• 对于工程中使用的碳纤维来说，纤维的排 布既可以是单一方向的，也可以是多方向 交叉叠加的。其中最常用的当然是多方向 交叉的，这也就是我们常见的那种碳纤维 的外观。
• 比如这就是单一方向的
• 这个就是多方向交叉的，我们常见的碳纤维的外观就是这
种双向交叉的纹理。原始的碳纤维材料就是这样的，其实 更像布料，可以弯折，可以卷成一卷。
•
所谓的碳纤维增强复合 材料，其实就是用很多碳纤 维，按照一定的方向排布， 然后用树脂或者其它黏合材 料紧密的连接成一体。如图 所示，这一根一根的圆柱体 就是碳的纤维，而这些圆柱 体被中间填充的树脂填充在 一起。这些纤维的分布密度 直接影响最终的材料性能。 正因为这样，我们可以通过 调整纤维体积比，来控制碳 纤维材料的最终性能。简单 说，
碳纤维编织
• 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 。
• 传统的二维编织工艺能用于制造复杂的管状、 凹陷或平面零件的预成形体，它与其它纺织技 术相比成本相对较低。它的研究主要集中在研 发自动化编织机来减少生产成本和扩大应用范 围。它的关键技术包括质量控制、纤维方向和 分布、芯轴设计等。 • 三维编织复合材料是近二十年来诞生的一种新 型复合材料，它以三维整体织物为增强体，其 优良的结构性显著改善了复合材料多方面的力 学特性,从根本上克服了传统层合板层间剪切 强度低而且易分层的缺点在航空、航天、军工、 汽车、疗以及高级体育用品等领域得到了广泛 应用

〔2〕热熔法〔直接热熔法和胶膜压延法〕 直接热熔法
〔2〕热熔法 胶膜压延法
脱模纸
涂胶辊
聚乙烯薄膜
冷却辊
收卷
泵
树脂加热系统
优点：没有溶剂，预浸料挥发分含量低，可连续化生产。 缺点；不适合浸渍厚纤维或织物，高粘度树脂难于浸渍。
3.6 预浸设备
北京航空材料研究院自行研制48英寸热熔预浸 机
3.6 预浸设备
Q/6S 1842 －2002?3218Z阻燃型环氧树脂溶液?； Q/6S1841 －2002 ?玻璃纤维织物/3218Z阻燃型预浸料? 1.4 使用工艺说明书
见Q/6S1841 －2002 ?玻璃纤维织物/3218Z阻燃型预浸料? 1.5 供给状态
成卷供给，宽度900mm，长度50～100m。 1.6 应用概况
北航材研究院预浸料已被在研先进直升机选用，具有年产100万平方米的生产能力， 窄带预浸机年生产能力90万米。
美国亚利桑那州 ICI合成纤维复合材料公司，生产的977-3型韧化改性预浸渍材料， 被洛克希德公司用来制造F-22战斗机的机体。该项方案包括制造和安装11架F-22飞行 试验机，2架地面试验F-22机体，并对F-22机身中35％的复合材料进展性能测试研究工 作。 977-3 改性预浸渍材料，是在宇航构造材料977 型树脂的的根底上，研制成功的 一种新配方。它是一种热固性和热塑性混用复合材料，具有良好的韧性、抗溶剂性，以 及高性能飞机必须具备的湿/性能等。这种新型预浸渍材料，在固化时能把工程热塑材料 的刚性和高温热固材料的特性，有机地融合在一起。ICI公司认为，由于研制成功这种新 材料，因此能与洛克希德公司合作完成为期 5年的工程方案
北京航空材料研究院窄带预浸机
实例1：无纬布预浸料〔单向预浸料〕制备技术 滚筒法〔溶液浸渍法〕制备

（1）热压烧结 热等静压(HIP)也属于热压烧结的一种。它是用金属箔代 替橡胶模具，用气体代替液体，使金属箔内的陶瓷基体 和纳米增强体混合粉末均匀受压。通常所用气体为氦气、 氩气等惰性气体，金属箔为低碳钢、镍、钼等。一热等静压烧结。 与一般热压烧结法相比，HIP法使混合物料受到各向同 性的压力，使显微结构均匀；另外HIP法施加压力高，在 较低温度下即可烧结。
（1）高强度、高韧性



陶瓷基纳米复合材料，特别是氧化物系陶瓷基纳米复合材料力学 性能的明显改善大致可归结如下： (1)纳米级弥散相抑制了氧化物基体晶粒生长和减轻了晶粒的异常长大， 起到细晶强化作用。 (2)在弥散相内或弥散相周围存在高的局部应力，这种应力是基体和弥 散相之间热膨胀失配而产生的，使冷却期间产生位错。纳米级粒子钉 扎或进入位错区使基体晶粒内形成亚晶界，使基体晶粒再细化而起增 强作用。 (3)纳米级粒子周围的局部拉伸应力引起穿晶断裂，并由于硬粒子对裂 纹尖端的反射作用而产生韧化。破坏模式从穿晶和晶间到单纯晶间断 裂，晶界相(通常约10％体积的无定形相)的改变和对高温力学性能影 响的减小，使高温力学性能获得明显改善。 (4)纳米级粒子在高温牵制位错运动，从而也能使高温力学性能获得明 显改善。
基体中的显微缺陷及晶须密集处同样存在较大内应力和孔 穴的积累而形成的疲劳裂纹。 疲劳裂纹的扩展是由于裂纹前沿所形成的微孔的连接而引 起的。当裂纹的扩展遇到SiC微粒或晶须时，裂纹扩展会停 止，而等待附近其他微孔的积累、连接，再引发裂纹形成 及扩展。 含有复合基体的SiCw增强纳米复合材料，其裂纹的形成及 扩展受基体韧化的影响，因而提高了其疲劳性能。
3 抗蠕变、抗疲劳性好
颗粒增强的纳米复合材料的最小蠕变速率要比基体合金低 2个数量级；在相同蠕变速率下，颗粒增强时可比未增强 基体的蠕变应力增加1倍左右，即纳米复合材料所承受的 应力提高了1倍。 晶须增强时又要比颗粒增强时抗蠕变性能更好。 一般纳米复合材料的应力指数n明显高于基体。基体的n约 为4—5，而纳米复合材料的n约为9—20。这反映了纳米 复合材料的蠕变速率对应力的敏感性大。 颗粒和晶须增强金属基纳米复合材料的疲劳强度和疲劳寿 命一般比基体金属高。纳米复合材料疲劳性能的提高可能 与其强度和刚度的提高有关。

良好的功能性能
第一章
1-3 复合材料的特性
复合材料的缺点: ➢材料价格高 ➢劳动强度大 ➢抗挤压和抗分层能力差 ➢力学性能受温度/湿度影响 ➢不易检查 ➢对铝会产生电化学腐蚀 ➢固化时间长
第一章
1-3 复合材料的特性
性能：取决于基体相、增强相种类及数量，其次是 它们的结合界面、成型工艺等。 1、主要取决于增强相的性能 ⑴.比强度,比刚度高 ⑵.冲击韧性和断裂韧性高 ⑶.耐疲劳性好 ⑷.减震性 ⑸.热膨胀系数小
70年代民用飞机开始用复合材料做调整片,口盖等. 美国的ACEE计划.从舵面过渡到尾翼.
80-90年代,美国NASA的ACM计划.重点发展ＤＦＭ－设计制造一体化．
第一章
1-4 复合材料在民用飞机结构上的应用
目前研究低成本的复合材料设计与制造技术 ＣＡＩ大量的仿真技术.设计，制造，生产一体化仿真实
现异地设计异地制造．80-90年代实现了复合材料向主承力 结构应用的过渡．
金属基复合材料MMC
复合 材料
有机材料基复 合材料
无机非金属基 复合材料
木质基复合材料
聚合物基复 合材料PMC
橡胶基 树脂基
水泥或混凝土基 复合材料
陶瓷基复合材料CMC
热塑性树脂 热固性树脂
第一章
1-2 复合材料的定义与分类
根据第二相（增强体）形态分。 分散强化复合材料
颗粒状分散 相复合材料
颗粒增强复合材料
Ａ３８０，Ｂ７８７的出现．
第一章
1-4 复合材料在民用飞机结构上的应用
第一章
1-4复合材料在民用飞机结构上的应用
先进树脂基复合材料是民用飞机的主要复合材料.
复合材料在民用飞机的应用出现的几个特征:
➢小型/简单次承力结构

C.废水管道
D.垃圾桶
3.航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是 B A.仿生复合材料 B.陶瓷和纤维复合而成的材料 C.纳米复合材料 D.分子复合材料
4.飞机、火箭的机翼和机身以及导弹的壳体、 尾翼中的复合材料是 A A.金属基复合材料 B.树脂基复合材料 C.绝缘基复合材料 D.智能复合材料
同学们，能分享一下你们的收 获吗？
航空航天领域的复合材料
机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料
基体
金属 铝、镁、钛等密度小的轻金属
增强体
纤维
碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、 氧化铝纤维等
性能 耐高温、强度高、导电导热性好、不吸 湿和不易老化，密度小。
哥伦比亚号航天飞机坠毁
机身隔热复合材料 基体 陶瓷 增强体 碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维 性能 耐高温、韧性好
鲁科版教材必修1
第3节 复合材料
天然复合材料
竹、木、茅草、贝壳、骨骼
传统复合材料
麻刀（纸筋）石灰、 土坯（草秆、粘土）、 钢筋混凝土
一、复合材料
1、定义
将两种或两种以上的性质不同的材 料经过特殊的加工制成的材料称为复合 材料。
2、组成
复合材料
增强体
骨架作用骨基体黏接 Nhomakorabea用肉
二、形形色色的复合材料
隔热陶瓷瓦
中国自主研发大飞机面临两大难题 ——发动机与复合材料
2017年5月5日中国首架国产大型客机起飞
机械 制造
体育
医学
运输业
复合材料
航空
航天
生活
练一练
1.下列不属于玻璃钢具有的性能的是 A A. 易碎 B.易燃 C.耐水 D.耐磨
2.下列各项中不能用玻璃钢制造的是 B

yx
y
yz
zx zy z
变形分析
物质坐标和空间坐标 应变张量的定义 微小应变张量的几何解释 主应变和应变主轴 应变协调方程
几何方程
x
u , x
yz
y
v , y
zx
z
w z
,
xy
w y
v z
;
u z
w ; x
v x
u y
.
x
yx
zx
xy y zy
x z
– 美国国防部委托国家科学研究院发表的面向21世纪国 防需求的材料研究报告指出
• 复合材料包括三要素：
• 基体材料 • 增强相 • 复合方式界面结合形式
• 复合材料的分类
– 按增强剂形状不同;可分为颗粒 连续纤维 短纤维 弥散晶须 层状 骨架或网状 编织体增强复合材料 等
– 按照基体材料的不同;复合材料包括聚合物基复合 材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 碳/碳复合 材料等
y z
z
变形协调方程
2 x y 2
2 y x 2
2 xy xy
2 y z 2
2 z y 2
2 yz yz
2 z x 2
2 x z 2
2 xz zx
x
xz y
xy z
yz x
2 2x yz
y
xy z
yz x
zx y
2 2y zx
z
yz x
zx y
xy z
2 2z xy
物理方程— 本构关系 Hooke 定理
on S :
s
u u*
v v*
w w*
• 第三类基本问题
– 在弹性体的一部分表面上都给定了外力;在 其余的表面上给定了位移;要求确定弹性体 内部及表面任意一点的应力和位移

14
5 界面研究
A金属涂层对界面的影响
纤维和基体之间的界面粘结性是提高纤维增强复合材料性能的关键 之一。 在使用金属涂层时, 除使涂层既能阻止纤维与基体的反应, 又能 提高润湿性外, 还应使界面有一定的结合力, 以便能有效地传递载荷。 ①镍涂层的影响
镍涂层虽然可以改善铝对碳纤维表面的润湿性, 但由于镍易促进碳纤 维的石墨化及NiAl3 脆性相的形成, 作为单涂层时, 它并不是理想的涂层。
碳纤维增强铝基 复合材料
1
介绍内容
• 1 概述 • 2 Cf／Al复合材料的显微组织 • 3 Cf／Al复合材料的性能 • 4 Cf／Al复合材料的制造工艺 • 5 Cf／Al复合材料的界面研究 • 6 发展趋势和展望
2
1 概述
目前，金属基复合材料(MMCs) 的基体主要发展了有铝基、镁基、钛 基、高温合金基、铜基等类型，由于铝合金具有断裂韧性高、高强度、 优良的抗腐蚀性、低密度等良好的综合性能，使得铝合金在复合材料的 发展中倍受青睐。因此铝基发展最快并成为当前金属基复合材料发展和 研究工作的主流。其主要应用领域一是航空、航天和军事领域，二是汽 车、电子信息和高速机械等民用领域。
Ni—一种白色金属
镍涂层碳纤维
73 性能--尺寸Fra bibliotek定性上图为用冷热冲击法对Cf/Al进行检测后的试验结果，可以看出：
随着冷热循环次数的增加，尺寸变化趋于恒值，说明Cf/Al复合材料 具有优异的尺寸稳定性。
8
3 性能--空间环境耐候性
若Cf/Al复合材料应用在航空航天领域，那复合材料无可避免的要 在空间飞行中经受如超高真空度、高低温交变冲击、带电粒子照、紫 外辐照等环境的损伤，开展空间环境条件对复合材料性能影响的分析 对航天结构设计，充分发挥复合材料的优异性能具有十分重要的现实 意义。