复合材料及其成型技术.doc

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复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的机械工程材料。各种组 成材料在性能上能互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于 原组成材料，从而满足各种不同的要求。 复合材料的组成包括基体和增强材料 两个部分。
复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强 度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢 和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲 劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎 等于零的材料。纤维增强材料的另一个特点是各向异性，因此可按制件不同部 位的强度要求设计纤维的排列。以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料， 在500C时仍能保持足够的强度和模量。碳化硅纤维与钛复合，不但钛的耐热 性提高，且耐磨损，可用作发动机风扇叶片。碳化硅纤维与陶瓷复合，使用温 度可达1500r，比超合金涡轮叶片的使用温度（iiooc）高得多。碳纤维增强 碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨，构成耐烧蚀材料，已用于航天器、 火箭导弹和原子能反应堆中。非金属基复合材料由于密度小，用于汽车和飞机 可减轻重量、提高速度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料 片 弹 簧 ， 其 刚 度 和 承 载 能 力 与 重 量 大 5 倍 多 的 钢 片 弹 簧 相 当 。
复合材料的成型方法按基体材料不同各异。树脂基复合材料的成型方法较 多，有手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、模压成型、拉挤成型、 RTM 成 型、热压罐成型、隔膜成型、迁移成型、反应注射成型、软膜膨胀成型、冲压 成型等。金属基复合材料成型方法分为固相成型法和液相成型法。前者是在低 于基体熔点温度下，通过施加压力实现成型，包括扩散焊接、粉末冶金、热 轧、热拔、热等静压和爆炸焊接等。后者是将基体熔化后，充填到增强体材料 中，包括传统铸造、真空吸铸、真空反压铸造、挤压铸造及喷铸等、陶瓷基复 合材料的成型方法主要有固相烧结、化学气相浸渗成型、化学气相沉积成型 等。
复 合 材 料 的 主 要 应 用 领 域 有 ：
① 航空航天领域。由于复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于 制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型
运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。
② 汽车工业。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪 声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、 受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。
③ 化工、纺织和机械制造领域。有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而
成的材料，可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密
仪 器 等。
④ 医学领域。碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收 X射线特性，
可用于制造医用X光机和矫形支架等。碳纤维复合材料还具有生物组织相容性 和血液相容性，生物环境下稳定性好，也用作生物医学材料。此外，复合材料 还用于制造体育运动器件和用作建筑材料等。
2■复合材料的加工方法与特点及加工方法的选择原则。
复合材料成型工