复合材料制造工艺
复合材料成型工艺及应用

复合材料成型工艺及应用一、复合材料的概念复合材料是由两种或两种以上的材料组成,具有不同的物理和化学性质,经过一定的工艺方法制成一种新型材料。
常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维、芳纶纤维等。
二、复合材料成型工艺1.手工层叠法手工层叠法是最基本的复合材料成型方法,通常用于制作小批量产品。
该方法需要将预先剪裁好的纤维与树脂依次层叠,再通过压力和温度进行固化。
2.真空吸塑法真空吸塑法是将预先剪裁好的纤维与树脂放置在模具内,然后通过抽气将模具内外产生压差,使树脂浸润纤维,并在高温高压下进行固化。
3.自动化层叠法自动化层叠法是利用机器自动完成纤维和树脂的层叠,提高了生产效率和产品质量。
4.注塑成型法注塑成型法是将树脂加热至熔点后注入模具中,再通过高压将树脂注入纤维中,最后在高温下固化成型。
5.压缩成型法压缩成型法是将预先剪裁好的纤维和树脂放置在模具内,再通过压力将其压实,并在高温下进行固化。
三、复合材料的应用1.航空航天领域复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点,在航空航天领域得到广泛应用。
如飞机机身、翼面等部件都采用了复合材料制造。
2.汽车工业汽车工业也是复合材料的重要应用领域。
复合材料可以减轻汽车自重,提高汽车性能和燃油经济性。
3.建筑领域建筑领域也开始采用复合材料作为建筑结构材料,如玻璃钢屋面、墙板等。
4.体育器材体育器材如高尔夫球棒、网球拍等也采用了碳纤维等复合材料制造,提高了器材的性能和使用寿命。
5.医疗领域复合材料在医疗领域也得到了广泛应用,如人工关节、牙科修复等。
四、复合材料的优缺点1.优点:(1)轻质高强:比同体积的钢材强度高5-10倍,比重只有铝的1/4。
(2)耐腐蚀:不易受化学物质侵蚀。
(3)设计灵活:可以根据需要设计成各种形状和尺寸。
2.缺点:(1)制造成本较高:制造过程需要较高的技术和设备投入。
(2)易受损伤:复合材料容易产生微裂纹,一旦受到外力撞击,就会导致破坏。
五、结语复合材料作为一种新型材料,在各个领域得到了广泛应用。
复合材料的制造工艺与优化策略

复合材料的制造工艺与优化策略在当今科技高速发展的时代,复合材料凭借其优异的性能,在众多领域得到了广泛应用,从航空航天到汽车制造,从体育用品到医疗设备,复合材料的身影无处不在。
然而,要获得性能卓越、质量可靠的复合材料制品,其制造工艺的选择和优化至关重要。
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组合在一起而形成的一种新型材料。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料(如碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料)、颗粒增强复合材料等。
这些复合材料通常具有比单一材料更出色的强度、刚度、耐腐蚀性等性能。
复合材料的制造工艺多种多样,常见的有以下几种:手糊成型工艺是一种较为传统且简单的制造方法。
工人将增强材料(如玻璃纤维布)铺放在模具表面,然后用刷子或喷枪将树脂涂抹在增强材料上,使其浸润并固化成型。
这种方法成本较低,适用于小批量、形状复杂的制品生产,但生产效率低,产品质量一致性较差。
喷射成型工艺则是将树脂和短切纤维同时喷射到模具上,然后固化成型。
它比手糊成型的效率高一些,但纤维长度较短,材料性能相对较弱。
模压成型工艺是先将预浸料(树脂预先浸渍在增强材料中)放入加热的模具中,然后施加压力使其固化成型。
这种工艺生产效率高,产品质量稳定,适用于大批量生产,但模具成本较高。
缠绕成型工艺主要用于制造圆柱形或球形的制品。
将连续的纤维束或带在控制张力的情况下缠绕在芯模上,同时涂覆树脂并固化。
这种工艺能够充分发挥纤维的强度,制品的强度和刚度较高。
拉挤成型工艺是将连续的纤维通过树脂槽浸渍树脂后,通过加热的模具拉挤成型。
该工艺生产效率高,产品性能稳定,适用于生产各种截面形状的型材。
在实际生产中,选择合适的制造工艺需要考虑多方面的因素,如产品的形状和尺寸、性能要求、生产批量、成本等。
例如,对于形状复杂、数量较少的产品,手糊成型可能是较为合适的选择;而对于大批量、性能要求高的产品,模压成型或拉挤成型则更为适合。
然而,仅仅选择合适的制造工艺还不够,还需要对制造工艺进行优化,以进一步提高产品质量、降低成本、提高生产效率。
复合材料成型工艺大全及说明

复合材料成型工艺大全及说明复合材料是由两种或更多种材料组合而成的材料,其具有优异的性能和特点,广泛应用于飞机、汽车、船舶、建筑等领域。
复合材料的成型工艺是制造复合材料制品的关键环节之一,不同的复合材料需要采用不同的成型工艺。
1.手工层压法:将预先切割好的复合材料层压,通过手工操作来制作各种复材制品。
这种方法比较简单,适用于小批量生产和复杂形状的制品,但效率相对较低。
2.沉积法:将复合材料纤维按一定角度布置在模具中,然后通过注塑或浸渍等方式将树脂混合物或熔融金属填充至模具中,经固化或冷却后取出制成复材制品。
这种方法适用于生产中等规模的制品,具有较高的生产效率。
3.拉毛法:将纤维与树脂分别放置在两个模具中,然后通过拉拔的方法,使纤维与树脂相结合,形成复材制品。
这种方法适用于制造纤维增强塑料制品。
4.自动层压法:将预先切割好的复合材料通过自动层压机进行层压,该机器根据预先设定的程序,自动完成复合材料的层压过程,提高了生产效率。
5.真空吸气层压法:将纤维和树脂依次放置在模具中,然后通过抽气装置产生真空环境,使纤维和树脂充分接触并固化,最终得到复材制品。
这种方法适用于制造大型复材制品,可以提高产品的质量和性能。
6.热压成型法:将预先切割好的纤维和树脂放置在模具中,然后通过加热和压力使树脂固化,最终形成复材制品。
这种方法适用于制造较薄的复材板材。
7.包覆成型法:将纤维和树脂分别涂抹在模具表面上,然后通过挤压或滚压的方法,使纤维和树脂充分接触,形成复材制品。
这种方法适用于制造大型、复杂形状的复材制品。
8.精密成型法:通过机械或人工辅助来对复合材料进行定位、定厚、定形,然后进行固化,最终得到产品。
这种方法适用于制造高精度和高质量的复材制品。
除了上述的成型工艺,还有一些特殊的成型工艺,如搅拌铸造法、注塑法、喷涂法、压铸法等,它们都具有各自的优点和适用范围,可以根据具体的需求选择合适的成型工艺。
随着科学技术的发展,复合材料的成型工艺也在不断创新和完善,以满足不同行业对复材制品的需求,同时也提高了复材制品的质量和性能。
复合材料制造工艺中的成型原理与模具设计

复合材料制造工艺中的成型原理与模具设计复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的材料,具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点,在各个领域得到广泛应用。
复合材料制造过程中的成型原理和模具设计起着至关重要的作用。
本文将探讨复合材料制造工艺中的成型原理以及与之相关的模具设计。
一、复合材料成型原理复合材料在成型过程中,可以选择多种方法,如手工制作、模压、拉伸成型、注塑等。
不同的成型原理适用于不同类型的复合材料。
下面将介绍几种常见的成型原理:1. 手工制作手工制作是一种常见的成型方法,适用于简单形状的复合材料制作。
成型过程中,可以使用刷涂法、浸渍法或者层叠法进行。
手工制作的优点是工艺简单,无需复杂的模具,适用于小批量生产或者样品制作。
2. 模压模压是一种常用的复合材料成型方法,适用于制作平面或者简单曲面的构件。
在模压过程中,需要将预浸料或者干布层叠压入模具中,然后通过压力和热固化使其成型。
模压可以分为开模压和闭模压两种形式,根据需要选择合适的模具。
3. 拉伸成型拉伸成型是制作复合材料板材或者管道的常用方法。
在拉伸成型过程中,需要将预浸料或者预浸布放置在拉伸机上,通过牵引力将其拉伸至所需尺寸,并通过加热或者热固化使其固化。
拉伸成型的优点是能够制作出较大的尺寸构件,并且具有较好的力学性能。
4. 注塑注塑是一种常见的成型方法,主要适用于复材的小型构件。
在注塑过程中,需要将预浸料加热至熔融状态,然后通过注射机将熔融料注入模具中,经过冷却固化成型。
注塑具有高效率、高精度的特点,可以制作出复杂形状的构件。
二、复合材料模具设计模具设计是复合材料制造中的重要环节,合理设计的模具能够提高生产效率和成品质量。
以下是一些常见的模具设计原则:1. 合理选择材料模具的选择应根据复合材料的成型温度、压力和化学性质等因素综合考虑。
模具材料应具有良好的耐热性、耐腐蚀性和机械强度,在长期高温、高压和化学介质的作用下不发生变形和破裂。
2. 确定模具结构模具结构的设计要考虑到复合材料的成型工艺和构件的尺寸要求。
复合材料 工艺

复合材料工艺复合材料是指将两种或两种以上的材料通过某种特定的工艺方式进行结合而形成新的材料。
它具有结构轻、强度高,耐腐蚀、耐磨、抗老化等一系列优点,成为现代工业中常用的新型材料。
复合材料可以广泛应用于飞行器、船舶、汽车、建筑、电子仪器等领域。
复合材料的制造工艺不仅影响到材料的性能,也影响到其成本。
因此,各种不同的工艺方法被设计出来以满足不同应用的需求和目标。
在本文中,我们将介绍几种常见的复合材料工艺。
一、手工层压法手工层压法是一种最古老、最简单的复合材料制造方法之一。
这种方法主要适用于小规模生产和简单的复合材料结构。
此法制造过程简单,无需大型设备和高技能的工人,可在较短时间内完成结构的生产。
但是,由于作用力和控制能力不足,这种方法无法制造大型、复杂的复合材料结构,因此在现代工业中使用还是有很大局限性的。
二、自动化层压法自动化层压法是一种新型的复合材料生产技术。
它主要采用机器和自动化设备,通过准确控制层压机的压力、时间和温度等参数来达到高精度的生产效果。
该技术适用于生产较复杂、高精度的复合材料结构,同时可保证制造质量和生产效率的稳定性和提高,因此被广泛应用于现代工业领域。
三、编织成型法编织成型法是一种将纤维通过编织技术制造出所需复合材料结构的方法。
这种方法生产的结构具有高强度、耐腐蚀性以及良好的外观效果。
由于可以使用不同材料的纤维进行编织,因此可以实现材料性质的优化。
此法适用于制造具有不规则形状的复合材料结构。
四、气体吹膜法气体吹膜法是将纤维通过吹膜技术制成连续的棒状材料。
所吹出的膜由于受到压缩以及摩擦的作用,使纤维之间产生摩擦和结合作用,形成一个同质性很好、强度高的复合材料结构。
气体吹膜法适合大量生产具有圆柱形、矩形等规则形状的复合材料。
五、激光绑定法激光绑定法是一种利用激光束将两种不同的材料融合在一起的方法。
通过激光束的高能量、高密度,材料表面反射回的能量可以熔化表面而将不同的材料结合在一起。
复合材料的设计及其制造工艺研究

复合材料的设计及其制造工艺研究近年来,随着科技的不断进步和人们对于材料性能的要求越来越高,复合材料已经成为了一种非常重要的材料。
在各个领域中,复合材料都有广泛的应用。
他们的成分和性能不同,可以满足多种工况需求。
接下来,本文将会就复合材料的设计及其制造工艺进行研究。
一、复合材料的概念复合材料是一种由两种或两种以上不同材料组成的复合材料,它们以无规则有序的方式组成一体。
它由本质相同或不同的两个或多个材料的复合体系组成。
多种材料可以平衡地配合在一起,从而发挥各自的最大优势,以满足完成某种特定任务的要求。
二、复合材料设计的目的复合材料的设计不仅要考虑材料的性能,而且还要考虑对于应用场景的限制和设计的结果。
一般的目的是尽可能地减轻材料的重量,增强材料的刚度,强度和耐磨性,以应对复杂的工况需求。
三、复合材料设计的原则1. 合理选择复合材料类型复合材料的类型非常多,应根据所需的性能指标和环境条件来选择。
例如,如果要求材料强度高,应选择有碳纤维等高强度的工程材料;如果需要材料抗腐蚀,应选择具有耐腐蚀性能的树脂等其他材料。
2. 良好的质量控制复合材料是由多种材料混合而成,需要严格控制每一种材料的质量,才能得到配方合理的成品。
可以使用各种分析设备进行大量的分析测试,以保证材料的质量水平。
3. 设计时考虑实际条件在设计复合材料时,需要考虑实际应用条件,例如生产工艺、环境温度、材料成本和使用寿命等因素,以此进行适当的权衡,保证材料具有良好的性能和使用寿命。
四、复合材料制造工艺的研究复合材料的制造过程分为预制成型和后续成型两个阶段。
预制成型一般分为采用树脂合成和干式成型方法两种。
1. 树脂合成最一般的方法是将纤维固定在钢模内,将氨基和羟基树脂涂在纤维上,然后将模具放入压机内进行压缩和固化。
这种方法适用于各种类型的复合材料。
2. 干式成型干式成型分为热压芯和干颗粒两种。
热压芯法首先把纤维(即芯)在机械车床上制成所需厚度和几何形状的芯层,然后将预制芯层和复合材料放在热压机中进行高温高压热压。
复合材料模压成型工艺过程

复合材料模压成型工艺过程复合材料模压成型工艺是一种常见的制造工艺,在航空航天、汽车、船舶等领域都有广泛应用。
该工艺通过将不同材料进行层叠组合,然后加热和压缩,使之形成具有优异性能的复合材料制品。
下面将介绍复合材料模压成型工艺的过程。
第一步:预处理在进行复合材料模压成型之前,首先需要对原材料进行预处理。
一般来说,原材料包括树脂基体以及增强材料,如碳纤维、玻璃纤维等。
在预处理阶段,要确保原材料的表面清洁,去除杂质和水分,以保证最终制品的质量。
第二步:层叠组合在预处理完成后,根据设计要求将树脂基体和增强材料进行层叠组合。
通常采用的方式是交替叠放树脂基体和增强材料,以增强材料为主,树脂基体为粘合剂。
这样可以有效提高复合材料制品的强度和硬度。
第三步:放入模具层叠组合完成后,将其放入事先设计好的模具中。
模具的形状和尺寸应与最终产品保持一致。
模具的表面通常需要做防粘处理,以便后续脱模。
第四步:加热放入模具后,通过加热的方式使原材料变软熔化并充分流动。
加热的温度和时间需要根据原材料的种类和厚度来确定,以确保完全固化。
第五步:压缩在原材料充分加热后,施加高压力,将原材料与模具内壁充分接触,使其形成预定形状。
压力的大小和持续时间也需要经过精确控制,以防止产生气泡或松动现象。
第六步:冷却经过加热和压缩后,复合材料开始冷却固化。
在这个过程中,保持模具的压力不变,直至完全固化为止。
冷却时间的长短取决于原材料的性质和厚度。
第七步:脱模当复合材料完全固化后,打开模具,将制成的复合材料制品取出。
在脱模的过程中,需要小心操作,以避免损坏制品表面或内部结构。
通过以上步骤,复合材料模压成型工艺完成。
这种工艺具有制作周期短、成本低、制品质量高等优点,因此在工业生产中得到广泛应用。
复合材料制品具有重量轻、强度高、耐腐蚀等特点,在现代制造业中发挥着重要作用,也在未来的发展中将有更广阔的应用前景。
复合材料成型工艺及应用

复合材料成型工艺及应用引言复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料,具有优异的性能和广泛的应用领域。
复合材料的成型工艺对于材料的性能和应用具有重要影响。
本文将深入探讨复合材料成型工艺及其应用。
成型工艺1. 碳纤维复合材料成型工艺碳纤维复合材料是一种常见的复合材料,其成型工艺有以下几个步骤:1.原材料准备–碳纤维布预浸树脂–模具2.布料叠层–将预浸树脂的碳纤维布按照设计要求叠加在一起3.真空吸气–将叠层的碳纤维布放置在真空袋内–利用真空泵抽取袋内空气,将袋与布料牢固贴合4.热固化–将真空吸气后的碳纤维布置于热压机中进行热固化–在一定的温度和压力下,树脂固化和纤维之间形成牢固的结合2. 玻璃纤维复合材料成型工艺玻璃纤维复合材料是另一种常用的复合材料,其成型工艺包括以下步骤:1.玻璃纤维制备–将原始玻璃熔融并通过喷丝机进行拉伸成细长纤维2.纤维增强–将玻璃纤维与树脂混合物浸渍,使纤维饱和3.成型–将纤维增强的玻璃纤维复合材料放置在模具中–利用压力或真空将复合材料与模具表面充分接触4.固化–在一定的温度和时间下,树脂固化并与玻璃纤维形成牢固结合应用领域复合材料因其独特的性能,广泛应用于以下领域:1. 航空航天业复合材料在航空航天业中具有重要地位。
其轻量化和高强度的特性,使其成为航空器结构中的关键材料。
例如,飞机机翼、机身和尾翼等部件都采用碳纤维复合材料制造,以提高飞行性能和燃油效率。
2. 汽车工业复合材料在汽车工业中的应用越来越广泛。
通过使用复合材料,汽车的整体重量可以降低,燃油效率可以提高。
此外,复合材料还能提供更好的碰撞安全性能和外观设计自由度。
3. 建筑业复合材料在建筑业中的应用也越来越受欢迎。
由于其轻质、高强度和耐腐蚀性能,复合材料可以用于建筑结构、墙体和屋顶等部件的制造。
同时,复合材料还能提供独特的外观效果,满足建筑设计的需求。
4. 化工工业复合材料在化工工业中的应用主要体现在储罐、管道和设备等方面。
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复合材料制造工艺第一章概述材料是人类赖以生存和发展的物质基础。
20世纪70年代人们把材料、信息、能源作为社会文明的支柱;80 年代以高技术群为代表的新技术革命,又把新材料与信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。
这主要是因为材料是国民经济建设、国防建设与人民生活所不可须臾缺少的重要组成部分。
复合材料作为材料科学中一枝独立的新的科学分支,已经得到了广泛的重视,正日益发展并在许多工业部门中得到广泛运用,成为当今高科技发展中新材料开发的一个重要方面。
鉴于材料的重要的基础地位和作用,每一次科学技术的突飞猛进,都对材料的性能提出了越来越高、越来越严和越来越多的要求。
现如今在许多方面,传统的单一材料已经不能满足实际需要,在这种情况下,人们以其充满智慧的头脑将材料的新的发展方向伸向一个更加广阔的领域——复合材料。
本文就将对复合材料的基本概念、加工中的理论问题、制备工艺与方法和典型的应用加以阐述,希望能够比较全面的对复合材料做一个介绍。
首先我们来给复合材料下一个明确的定义。
根据国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISC) 为复合材料下的定义,复合材料(Compose Material)是由两种或者两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
复合材料的组份材料虽然保持其相对独立性,但是复合材料的性能却不是组份材料性能的简单加和,而是有着重要的改进。
在复合材料中通常有一相为连续相(称为基体),而另一相为分散相(增强材料)。
分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的。
两相之间存在着相界面,分散相可以是增强纤维,也可以是颗粒状或弥散的填料。
复合材料的出现和发展,是现代科学技术不断进步的结果,也是材料设计方面的一个突破。
它综合了各种材料如纤维、树脂、橡胶、金属、陶瓷等的优点,按照需要设计,复合成为综合性能优异的新型材料。
可以预见,如果用材料作为历史分期的依据,那么,继石器、青铜、铁器、钢铁时代之后,在21 世纪,将是复合材料的时代。
在概述的余下一些篇幅中,我们来大致了解一下关于复合材料的一些基本内容。
一、复合材料的命名和分类复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。
将增强材料的名称放在前面,基体材料的名称放在后面,再加上“复合材料” 即为材料名。
为书写简便,也可仅写增强材料和基体材料的缩写名称,中间加一条斜线隔开,后面再加“复合材料” 。
有时为了突出增强材料或者基体材料,视强调的组份不同也可将不需强调的部分加以省略或简写。
复合材料的分类方法很多,常见的分类方法有以下几种:a. 按增强材料形态分:连续纤维复合材料,短纤维复合材料,粒状填料复合材料,编织复合材料b. 按增强纤维种类分类:玻璃纤维复合材料,碳纤维复合材料,有机纤维复合材料,金属纤维复合材料,陶瓷纤维复合材料,混杂复合材料(复合材料的“复合材料” )c. 按基体材料分类:聚合物基复合材料,金属基复合材料,无机非金属基复合材料,d. 按材料作用分类:结构复合材料,功能复合材料二、复合材料的基本性能复合材料是由多相材料复合而成,其共同特点为:(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。
(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。
(3)可制成所需的任意形状的产品,可避免多次加工的工序。
由于复合材料性能受许多因素的影响,不同的复合材料性能不同,就是同一类复合材料的性能也不是一个定值,故在此处给出一些主要性能:聚合物基复合材料)比强度,比模量大。
ii)耐疲劳性能好。
iii)减震性好。
iv)过载时安全性能好。
v)具有多种功能性,耐烧蚀性能,摩擦性能好,电绝缘性能高,耐腐蚀性能优良,有特殊的光学、电学、磁学特性。
Vi)有很好的加工工艺性。
U 金属基复合材料i)高比强度,高比模量。
ii)导热、导电性能高。
iii)热膨胀系数小,尺寸稳定性好。
v)良好的高温性能。
v)耐磨性好。
V)良好的抗疲劳性能和断裂韧性。
vii)不吸潮,不老化,气密性好。
皿陶瓷基复合材料强度高,硬度大,耐高温,抗氧化,高温下抗磨损性好,耐化学腐蚀性优良,热膨胀系数和比重较小,制成复合材料以后抗弯强度高,断裂韧性高。
IV水泥基复合材料压缩强度、热能方面性能优异,制成复合材料以后抗拉性能和耐腐蚀性能增强,重量降低。
通过以上的一些叙述,我们对复合材料的一些根本点有了初步的了解,下面就进入正题,对复合材料的制造工艺进行一些探讨第二章加工中的理论问题在这一章中,我们将从基体与增强材料的选择、复合材料的界面以及增强材料的表面处理等方面入手,掌握一些复合材料加工的基本原理,以便对以后的工艺和技术的使用有一个理论基础。
一、基体与增强材料的选择由于基体材料的不同,我们有必要将这些材料分开论述。
首先来看一下金属基复合材料的基体选择。
金属基复合材料构(零)件的使用性能要求是选择金属基体材料最重要的依据。
在不同技术领域和不同的工况条件下对于复合材料构件的性能要求有很大的差异。
应当根据不同的情况选择不同的复合材料基体。
在航天、航空技术中高比强度、比模量、尺寸稳定性是最重要的性能要求。
宜选用密度小的轻金属合金作为基体。
高性能发动机则要求复合材料不仅有高比强度、比模量性能外,还要求复合材料具有优良的耐高温性能,能在高温、氧化性气氛中正常工作,需选用钛基、镍基合金以及金属间化合物做基体材料。
汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热、一定的高温强度等,同时又要求成本低,适合批量生产,则使用铝合金做基体材料。
工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板。
选用具有高导热率的Ag、Cu、Al 等金属为基体。
由于增强物的性质和增强机理的不同,在基体材料的选择原则上有很大差别。
对于连续纤维增强金属基复合材料,纤维是主要承载物体,其本身具有很高的强度和模量,而金属基体的强度和模量远远低于纤维的性能,故在连续纤维增强金属基复合材料中基体的主要作用应是以充分发挥增强纤维的性能为主,基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性,而并不要求基体本身有很高的强度。
但对于非连续增强(颗粒、晶须、短纤维)金属基复合材料,基体是主要承载物,其强度对非连续增强金属基复合材料具有决定性的影响。
故要获得高性能的金属基复合材料必须选用高强度的铝合金为基体,这与连续纤维增强金属基复合材料基体的选择完全不同。
选择基体时应充分注意与增强物的相容性(特别是化学相容性),并考虑到尽可能在金属基复合材料成型过程中,抑制界面反应。
由于金属基复合材料需要在高温下成型,所以在金属基复合材料制备过程中金属基体与增强物在高温复合过程中,处于高温热力学不平衡状态下的纤维与金属之间很容易发生化学反应,在界面形成脆性的反映层,对复合材料的强度影响很大。
再者,由于基体金属中往往含有不同类型的合金元素,Me与增强物的反应程度和生成的反应物都不同,须在选用基体合金成分时充分考虑。
接下来看无机胶凝材料,无机胶凝材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等。
其中研究和应用最多的是纤维增强水泥基增强塑料。
我们就来看看水泥基材料的特征:(1)水泥基体为多孔体系,孔隙尺寸1〜102埃。
其存在不仅会影响基体本身的性能,也会影响纤维与基体的界面粘接。
(2)纤维与水泥的弹性模量比不大,在纤维增强水泥复合材料中应力的传递效应远不如纤维增强树脂。
(3)水泥基材的断裂延伸率较低,在纤维尚未从水泥基材中拔出拉断前,水泥基材即行开裂。
(4)水泥基材中含有粉末或颗粒状的物料,与纤维成点接触,故纤维的掺量受到很大限制。
(5)水泥基材呈碱性,对金属纤维可起保护作用,但对大多数矿物纤维不利。
水泥基体的水化过程相当复杂,物理化学变化多样。
由于篇幅有限,故在此略过不述。
第三,我们看看陶瓷材料,陶瓷使金属和非金属元素的固体化合物,其键合为共价键或离子键,与金属不同,它们不含有大量电子。
劣势和优势同样明显。
在陶瓷基复合材料诞生后,陶瓷的优势被保留,同时其劣势由于增强材料的加入又被弥补了,使陶瓷材料进入了新的发展领域。
用作基体材料使用的陶瓷一般应具有耐高温性质、与纤维或晶须之间有良好的界面相容性以及较好的工艺性能等。
常用的陶瓷基体主要包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷等。
另外一类重要的基体是聚合物基体,顾名思义,此基体的主要组分是聚合物。
其种类多样,常用的有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物。
各组分的作用和关系都十分复杂。
一般来说有三种主要作用:把纤维粘在一起;分配纤维间的载荷;保护纤维不受环境影响。
由于没有在本系中涉及此类材料,所以简略说明,若必要可参看参考资料纤维在复合材料中起增强作用,是主要的承力组分。
主要分为:1. 玻璃纤维及其制品:具有一些列优良性能,拉伸强度高、防火防霉防蛀、耐高温和电绝缘性能好,除对HF浓碱、浓磷酸外,对所有化学药品和有机溶剂都有良好的化学稳定性。
缺点是具有脆性、不耐磨、对人的皮肤有刺激性等。
2. 碳纤维:比重在1.5〜2.0之间,热膨胀系数有各向异性的特点,导热有方向性,比电阻与纤维类型有关,耐高低温性能良好,除能被强氧化剂氧化外,对一般酸碱是惰性的,耐油、抗辐射、吸收有毒气体和减速中子。
3. 芳纶纤维(有机纤维):拉伸强度高,弹性模量高,密度小,热稳定性高,热膨胀系数各向异性,有良好的耐介质性能,但易受各种酸碱的侵蚀,耐水性不好。
4. 其他纤维:由碳化硅纤维、硼纤维、晶须、氧化铝纤维等。
以上基体和增强材料的结合运用,能使人们按照自己的要求制造出特种复合材料,在物质基础上满足人们的需要。
复合材料的界面及增强材料的表面处理复合材料的界面指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载和传递作用的微小区域一般可将界面的机能归纳为:传递效应、阻断效应、不连续效应、散射和吸收效应、诱导效应。
界面上产生的这些效应,是任何一种单体材料所没有的特性,它对复合材料具有重要作用。
界面的效应既与界面结合状态、形态和物理- 化学性质等有关,也与外川如I : ■桂审十軒界面两侧组分材料的浸润性、相容性、扩散性等密切相联。
复合材料中的界面并不是单纯的几何面,而是一个多层结构的过渡区域,界面区是从与增强剂内部性质不同的某一点开始,直到与树脂基体内整体性质相一致的点间的区域。
此区域的结构与性质都不同于两相中的任一相,从结构来分,这一界面区有五个亚层组成(图2-1 ),每一亚层的性能均与树脂基体和增强基的性质、偶联剂的品种和性质、复合材料的成型方法等密切相关。
由于界面尺寸小且不均匀,化学成分基结构复杂,力学环境复杂,及对于成分和相结构也很难做出全面分析。
因此迄今为止对复合材料界面的认识还是很不充分,更谈不上一个通用的模型来建立完整的理论。