复合材料---各种基体复合材料

复合材料 第四章聚合物基复合材料 1、环氧树脂:是—种分子中含有两个或两个以上活性环氧基团的高分子化合物。粘附力强(树脂中含有极性的醚键和羟基酸、碱对固化反应起促进作用)、已固化的树脂有良好的压缩性能,良好的耐水、耐化学介质和耐烧蚀性能,良好的尺寸稳定性和耐久性。 2、聚酰亚胺树脂PI:是一类耐高温树脂,它通常有热固性(不熔性)和热塑性两类。 3、聚酯树脂与环氧、酚醛树脂相比:①工艺性良好,室温下固化,常压下成型,工艺装置简单;②聚酯树脂固化后综合性能良好,力学性能不如酚醛树脂或环氧树脂;③固化过程中无挥发物逸出,制品的致密性好;④价格比环氧树脂低得多,只比酚醛树脂略贵一些;⑤不饱和聚酯树脂的缺点是固化时体积收缩率大、耐热性差等,主要用于一般民用工业和生活用 品中。 4、聚合物原材料选择原则:①比强度、比刚度高原则,②材料与结构的使用环境相适应的原则,③满足结构特殊性要求的原则,④满足工艺性要求的原则,⑤成本低、效益高的原则。 5、RTM 成型法:是一种树脂注入成型法。 制造工艺主要分五步:①增强纤维的预成型片材的制作;②将纤维的预成型片材铺 设在模型中;③给模型加压,使铺设的纤维的预成型片材在模型内按产品形状预成型; ④利用低压将树脂注入模型,使树脂均匀地渗透到纤维的预成型片材中;⑤在模型内加热固化。 RTM 优点:成本低,质量高,产品尺寸形状稳定,可以适应多种固化树脂和热塑性 树脂,也可以两种以上的不同增强纤维的组合复合材料的成型,还可以适应多种二维编织和三维编制的复合材料制品的成型。 第五章金属基复合材料的制造方法 1、固态法:是指在金属基复合材料中基体处于固态下制造金属基复合材料的方法;包括: 1)粉末冶金法:是用于制备与成型非连续增强型金属基复合材料的一种传统的固 态工艺法。它既可适用于连续、长纤维增强.又可用于短纤维、颗粒或晶须增强的金属基复合材料。 优点:①增强材料与基体金属粉末以任何比例混合;②对增强材料与基体互相湿润 的要求不高,使颗粒或晶须均匀分布在金属基复合材料的基体中;③采用热等静压工艺时,一般不会产生偏聚等缺陷;④可进行二次加工,得到所需形状的复合材料部件的毛坯。缺点:①工艺过程比较复杂;②制备铝基复合材料时,防止铝粉爆炸。 2)固态扩散结合法:是将固态的纤维与金属适当地组合,在加压、加热条件下使 它们相互扩散结合成复合材料的方法。包括热压扩散法、热等静压法、热轧法、热拉和热挤压。 其中热压扩散法三个关键步骤:①纤维的排布;②复合材料的叠合和真空封装;③ 热压(最关键)。为了保证性能符合要求,热压过程中要控制好热压工艺参数(热压温度、压力和时间)。 2、液态法:是指在金属基复合材料的制造过程中,金属基体处于熔融状态下与固体增强物复合的方法。包括铸造法、熔铸复合法、熔融金属浸渗法、真空压力、浸渍法、喷射沉积法。与固态法相比,液态法的工艺及设备相对简便易行; 1)铸造法包括高压凝固铸造法、真空吸铸法、搅拌铸造法、压力铸造法。 压力铸造法:指在压力的作用下,将液态或半液态金属基复合材料(或金属)以一定速度充填压铸模型腔或增强材料预制体的空隙中,在压力下快速凝固成型而制备金属基复合材料,包括浇入、加压、固化和顶出。 2)喷射沉积法:是一种将金属熔体与增强颗粒在惰性气体的推动下,通过快速凝 固制备颗粒增强金属基复合材料的方法。 第六章陶瓷基复合材料 1、陶瓷基体的分类(按组成化合物的元素) 氧化物陶瓷基体:氧化铝陶瓷基体,氧化锆陶瓷基体,莫来石陶瓷基体 碳化物陶瓷基体:碳化硅陶瓷基体,碳化硼陶瓷基体 氮化物陶瓷基体:氮化硅陶瓷基体,氮化硼陶瓷基体 2、陶瓷基复合材料存在的界面:①机械结合,②溶解和润湿结合,③反应结合,④混合结合。 3、陶瓷基复合材料成型加工技术 1)热压烧结成型法(常用):松使散的或成型的陶瓷基复合材料混合物在高温下, 通过外加的压力纵向(单轴)加压使其致密化的成型方法。 热压烧结法主要工艺:纤维处理→料浆浸渗→缠绕成布→制作预制片→层叠成 型→热压烧结 该方法的优点:①与无压烧结相比,能降低烧结温度,延长保湿时间,得到较细的 晶粒;②获得高致密度,高性能的复合材料;③材料性能重复性好,使用可靠,控制热压模具的尺寸精度可以减少材料的加工余量; 该方法的缺点:①只能制作形状简单的零件;②模具的消耗大,一次只能单件或者 少件烧结,成本较高;③由于热压力的方向性,材料性能有方向性,垂直于热压方向的强度往往比平行于热压方向的强度要大一些。 2)直接氧化法:由液态浸渍法演变而来,,利用熔融金属直接与氧化反应制备陶瓷 锦复合材料的工艺方法,在融化金属的表面形成所需的反应产物。 3)高聚物先驱体热解成型法(又称热解法):通过对高聚物先驱体进行热解,直接 获取块体陶瓷材料的方法。 4)化学气相沉积成型法(CVD 法):使用化学气相沉积技术,在颗粒,纤维,晶 须及其他具有开口气孔的增强骨架上沉积所需陶瓷基质制备陶瓷基复合材料。 第七章水泥基复合材料 1、水泥基复合材料分类:纤维增强水泥基复合材料;聚合物混凝土复合材料(聚合物混凝土、聚合物浸渍混凝土、聚合物改性混凝土); 2、聚合物浸渍混凝土:是一种用单体浸渍混凝土表层的空隙,并经处理而成一整体的有机—无机复合的新型材料;(聚合物功能:黏结和填充砼中空隙和裂缝;浸渍液功能: ①对裂缝的黏结作用消除裂隙尖端的应力集中;②增加砼密实性;③形成一个连续网状结构;) 3、聚合物改性混凝土:将聚合物乳液掺入新拌混凝土中,可使混凝土的性能得到明显的改善的材料。 第八章先进复合材料 1 碳/碳复合材料:是由碳纤维(或石墨纤维)为增强体,以碳(或石墨)为基体的复合材料,是具有特殊性能的新型工程材料,也称碳纤维增强碳复合材料(完全由碳元素组成,能够承受极高的温度和极大的加热速率)。 2、功能复合材料定义:是指除力学性能以外还提供其他物理性能并包括部分化学和生物性能的复合材料,如导电、超导、半导等功能。 第九章材料复合新技术 1、原位复合技术:来源于原位结晶和原位聚合概念,材料中的第二相或复合材料中的增强相生成于材料的形成过程中,既不是在材料制备之前就有,而是在材料制备过程中原位就地产生。 2、自蔓延复合技术:在自蔓延高温合成(利用配合的原料自身的燃烧反应放出的热量,使化学反应过程自发进行,进而获得具有指定成分和结构产物的一种新型材料合成手段)的基础上发展起来的一种新的复合技术,主要用于制备金属/金属、金属/陶瓷、陶瓷/陶瓷系复合粉末和块体复合材料。 3、自蔓延复合技术的特点:①工艺设备简单,工艺周期短,生产效率高;②能耗低,物耗低;③合成过程中极高的温度可对产物进行自纯化,同时,极快的升温和降温速度可获得非平衡结构的产物,因此产品质量良好。