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第一节复合材料简述
一、复合材料基本概念
复合材料的最大优点,就是它的性能比其组成材料要好得多。一方面它可以改善组成材料的弱点,充分发挥其性能优势,例如玻璃和树脂的韧性和强度都不高,但用它们制成的复合材料--玻璃钢的比强度、比刚度和韧性却很高;另一方面可以根据结构和受力要求制成预定的性能分布,对材料进行优化设计。图9-1为复合材料结构示意图。
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(1)按材料的作用分类
结构复合材料和功能复合材料。
(2)按基体材料分类
树脂基复合材料(resinmatrixcomposites-RMC)、金属基复合材料(metallicmatrixcomposites-MMC)、陶瓷基复合材料(ceramicmatrixcomposites-CMC)、水泥基复合材料和碳/碳复合材料等。
(3)按增强材料的性质和形态分类
层叠复合材料、细粒复合材料、连续纤维复合材料、短切纤维复合材料、碎片增强复合材料和骨架复合材料等。
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(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
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二、复合材料用原料
(1)碳纤维(CarbonFiber)
(2)硼纤维(BoronFilament)
(3)芳纶(AramidRing)
(4)玻璃纤维(GlassFiber)
(5)碳化硅纤维(SiliconCarbideFiber)
(6)晶须(Whisker)
(1)热固性树脂(ThermosettingResin)
(2)热塑性树脂(ThermoplasticResin)
(SandwichStructureMaterial)
夹层结构一般由两层簿的高强度板和中间夹着一层厚而轻的芯结构构成。
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三、复合材料的增强机制和复合原则
(ThePrincipleofReinforcement)
复合材料的复合不是由基体和增强两种材料简单的组合而成,而是两种材料发生相互的物理、化学、力学等作用的复杂组合过程。
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(RuleofMixtures)
以纤维增强复合材料为例,说明复合材料的复合原则。
(1)复合材料中基体起粘结作用,因而基体必须具备如下特点:
1)对纤维具有好的润湿性,从而使基体与增强材料间具有较强的结合力,使分离的纤维粘为一个整体,保证纤维的合理分布。
2)基体应具有较好的塑性和韧性,能够延缓裂纹的扩展。
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。
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(2)增强材料是承载的主要部分,因而纤维必须具有很高的强度和刚度。
(3)增强材料与基体有好的结合强度。
(4)在复合材料中纤维必须具有适当的含量、直径和分布。
(5)纤维和基体应有相近的热膨胀系数。
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四、复合材料的失效(FailureofComposite)
复合材料的失效一般是指其疲劳破坏过程。
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。
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。
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第二节金属基复合材料(MMC)成形工艺
(1)固态法固态法是指基体处于固态下制造金属基复合材料的方法。
(2)液态法液态法是指基体处于熔融状态下制造金属基复合材料的方法。
(3)其他制造方法主要包括原位自生成法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、化学镀和电镀法、复合镀法等。
第二节金属基复合材料(MMC)成形工艺
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