文档介绍：Polymer Composites
聚合物复合材料
Review
第3章复合材料的增强材料
玻璃纤维
碳纤维
有机高分子纤维
陶瓷纤维
金属纤维
晶须
3劳性能
3）冲击性能
4）蠕变性能
5）物理性能
电性能、温度特性、阻燃性能、光学性能、老化性能
碳基复合材料
☆ 概述
基体为碳的复合材料，主要为C/C复合材料
1958年碳基体复合材料；
20世纪60年代中期------70年代末期
火箭发动机喷管喉衬
20世纪80年代军用-----民用
研究热点：低成本; 抗氧化
☆ 制备工艺
☆ 碳纤维与基体的选择
碳纤维：
碱金属等杂质含量尽量低
高强度、高模量和较大的断裂伸长
表面处理（根据实际情况确定）
浸渍用的基体树脂：
残碳率高
有粘性
流动性好
与碳纤维良好的物理相容性
☆ 预成形体（坯体）
通过长纤维（或带）缠绕、碳毡、短纤维模压或喷射成型、石墨布叠层的z向石墨纤维针刺增强以及多向织物等方法制得。
1）化学气相沉积工艺（C V D）
最早采用的C/C复合材料致密化工艺
原料
低分子量的易挥发烃类（甲烷、丙烷、苯等）
工艺过程
1）反应气体扩散至沉积衬底边界层；
2）反应气体被吸附，发生反应；
3）气体产物解吸附，扩散；
4）产生的气体被排除。
☆ 制备工艺
影响因素
1）反应温度和压力
低温低压下，反应动力学控制；
高温高压下，扩散为主。
2）气体流量，载气流量，分压
影响扩散/沉积的平衡
3）扩散速度与沉积速度
2）液态浸渍法
溶剂
稀释
真空浸渍
固化
碳化
结束
降低粘度
提高浸渍效率
873-1273K
浸渍剂
3）化学气相浸渗工艺（CVI）
指气体在增强体坯体的孔隙内发生化学反应和沉积反应物的工艺。
CVD只在基质表面发生（表面沉积）
分为等温等压CVI工艺（ICVI）
温度-压力梯度CVI工艺（FCVI）
4）快速致密化工艺
采用液态低分子有机物为碳源前躯体，将坯体浸入其中后，加热至液体沸腾，达到碳源的分解温度后，热解碳先在坯体内部沉积，而后逐渐外移，直到坯体内外热梯度消失，致密化过程结束。
碳沉积速率
比传统的等温CVI工艺高两个数量级
5）预成纱工艺
6）自烧结性焦烧结法
☆ C/C复合材料的性能
1）力学性能
2）热物理性能
3）化学稳定性
4）抗氧化防护
C/C复合材料抗氧化途径
a. 873K以下, 采用抑制剂法
b. 大于873K,采用高温抗氧化涂层法
1773K以下: SiC 和 Si3N4硅类陶瓷
1773K----2073K的抗氧化防护
硅基复合涂层: Si2O3/SiC(外层/内层)
c. 更高温度，采用复合涂层法
☆ C/C复合材料的应用
1）航天领域
2）刹车片
3）航空发动机
4）其他军事领域
5）生物医学
混杂纤维复合材料
混杂纤维复合材料
两种或两种以上纤维混杂增强一种基体构成的复合材料
采用混杂纤维复合材料
节约成本
通过优化，达到较宽范围的物理和机械性能
可以得到独特的单项和组合的性质
※ 混杂纤维复合材料的结构形式
层内混杂复合材料——A型
两种纤维按一定混杂比均匀分散在同一基体中
层间混杂复合材料——B型
两种纤维复合材料层按不同比例及方式交替铺叠在一起
夹层结构——C型
一种纤维复合材料作为芯层，一种纤维复合材料作为表层
层内/层间混杂复合材料——AB型
由A型和B型两种结构形式叠加而成
超混杂混杂复合材料——D型
金属材料、各种单一复合材料组成
※ 混杂纤维复合材料的特性
冲击强度和断裂韧性显著提高
混杂纤维增强复合材料的成本明显降低
提高疲劳强度
改善刚度性能
特殊的热膨胀性能
※ 混杂纤维复合材料的应用
在航空、航天工业中的应用
在船舶工业中的应用
在汽车工业中的应用
在建筑设施中的应用
在体育和医疗卫生领域中的应用
其它复合材料
◇ 功能复合材料
导电复合材料、磁性复合材料
压电复合材料、摩擦功能复合材料
含能复合材料、隐身复合材料
电磁屏蔽复合材料
抗声纳复合材料
抗X射线辐射复合材料
烧蚀复合材料
◇ 生体复合材料
人工关节和人工骨
齿科材料
抗血栓功能材料
其他
◇ 智能复合材料
能变软变硬的材料
能向外部告知状态的材料
能产生新陈代谢的材料
Summary & Problem
聚合物基复合材料制备工艺、结构、性能、界面和应用
各种成