复合材料的成形工艺

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1、第九章复合材料的成形工艺本章内容：金属基复合材料的成形工艺树脂基复合材料的成形工艺陶瓷基复合材料的成形工艺本章重点：树脂基复合材料成形工艺§9-1复合材料简介一、复合材料基本概念复合材料（compositematerial）：由两种或两种以上物理化学性质不同的物质，经人工合成的一种多相固体材料。优点：充分发挥组成材料的性能；材料优化设计。结构复合材料：如玻璃钢功能复合材料：如双金属片1.复合材料的分类按材料的作用分：结构复合材料和功能复合材料按基体材料分：树脂基复合材料（resinmatrixcomposites）金属基复合材料（met

2、allicmatrixcomposites）陶瓷基复合材料（ceramicmatrixcomposites）水泥基复合材料和碳/碳复合材料按增强材料的性质和形态分：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、骨架复合材料等。2.复合材料的特点比强度和比刚度高；抗疲劳性好；如碳纤维/树脂基复合材料疲劳强度=70-80%σb高温性能好；增强纤维的熔点、高温强度和弹性模量高减振性好；自振频率∞(E/ρ)1/2断裂安全性高；可设计性好.二、复合材料使用的原材料包括基体材料（matrixmaterial）、增

3、强材料（reinforcedmaterial）、夹层结构材料等。增强材料碳纤维（carbonfiber）：足够的σb、E、δ硼纤维（boronfiber）：σb、E高芳纶纤维（aramidfiber）玻璃纤维（glassfiber）：σb高、E低碳化硅纤维（siliconfiber）：晶须（whisker）：陶瓷晶须二、复合材料使用的原材料基体材料热固性树脂（thermosettingresin）环氧树脂（epoxyresin）：固化工艺性好，但脆；聚酰亚胺树脂（polyimideresin）：耐热性好，但成形困难；双马来酰亚胺树脂（b

4、ismaleimideresin）：耐热热塑性树脂（thermoplasticresin）施工快，周期短，可重复使用，易修补、耐蚀、抗冲击；聚醚醚酮（PEEK）夹层结构材料（sandwichstructurematerial）提高构件弯曲刚度和充分利用材料强度。三、复合材料的增强机制和复合原则增强原理颗粒增强复合材料：基体承载，颗粒阻碍基体中位错运动或分子链运动；第二相强化，颗粒直径0.01-0.1μm纤维增强复合材料：纤维承载。纤维裂纹少；纤维承载能力大；纤维断裂，基体阻碍裂纹扩展；纤维拔出；多为延性破坏。三、复合材料的增强机制和复合

5、原则复合原则基体起粘接作用基体对纤维的润湿性好；基体的塑性和韧性好；基体能保护好纤维表面。增强材料承载大部分；强度、刚度要高，密度小，热稳定性高；增强体与基体结合强度高；纤维表面处理，增加表面粗糙度或形成活性基团纤维的含量、直径、长度、分布适当；纤维、基体热胀系数相近。四、复合材料的失效失效（failureofcomposite）：疲劳破坏基体开裂、脱粘→损伤→分层，部分纤维拉断、拔出→整体破坏制造加工损伤纤维铺设不均，树枝不均，固化不足，孔隙等；使用引起的损伤树脂裂纹、老化，分层，纤维断裂，温度变化大，内应力，碰撞，疲劳损伤等。9.2

6、金属基复合材料成形工艺制备金属基复合材料（metalmatrixcomposites,MMC），关键在于获得基体与增强体之间良好的浸润与合适的界面结合。金属基复合材料复合加工较为困难，主要分为三大类：固态法基体处于固态的加工方法，以避免金属基体与增强材料之间的界面反应。包括粉末冶金法、扩散粘结法（热压法、热等静压法）、形变法（轧制、挤压、拉拔）、爆炸焊接法等。液态法基体处于熔融状态的加工方法。包括液态金属浸渍法、共喷沉淀法、热喷涂法等。其他制造方法包括原位自生成法、物理气相沉淀法、化学气相沉淀法、化学镀、电镀、复合镀等。一、固态法包括扩

7、散粘结法、形变法和粉末冶金法扩散粘结法（diffusionbonding）长时间、高温、高压下，通过固态焊接工艺，使金属互相扩散而粘结在一起的工艺。粘结表面接触→界面扩散、渗透→界面消失影响因素：温度、压力、时间优点：金属品种广，纤维取向、含量易控制缺点：焊接时间长，温度、压力高，成本高，零件尺寸受限应用：SiC/Al、B/Al等。一、固态法扩散粘结法热压法铺层→放入模具或缸套内→加热、加压→冷却、取出热等静压法预制坯→放入包套→抽真空→高压容器→注入高压惰气、加热→均匀高压→扩散粘结一、固态法形变法（plasticforming）利用

8、金属塑性成形特点，热轧、热挤、热拉等热轧法坯料用不锈钢薄板包裹→加热、反复轧制→板材、带材生产率高，材料利用率高，用于C/Al、Al2O3/Al等复合材料。粉末冶金法（powdermetallurgymet