1、復合材料及其力學基礎復合材料及其力學基礎西南交通大學西南交通大學應用力學與工程系應用力學與工程系20142014年年2 2月月第一章第一章 緒論緒論 1-1 復合材料的定義及分類 1-3 復合材料的力學分析方法1-4 復合材料的性能 1-5 復合材料的應用 1-6 復合材料的構造及制法 1-2 復合材料的組分 1-1 1-1 復合材料的定義及分類復合材料的定義及分類 一、復合材料的定義一、復合材料的定義廣義：廣義：由兩相或多相組分構成的材料（包括自然的由兩相或多相組分構成的材料（包括自然的和人工的）。和人工的）。 狹義：狹義：由由兩種兩種或或多種不同性質多種不同性質的材料用物理和化學的材料用物

2、理和化學方法在宏觀尺度上組成的具有新性能的材料。方法在宏觀尺度上組成的具有新性能的材料。1、定義、定義 復合材料的發展，經歷了古代、近代和現代三個復合材料的發展，經歷了古代、近代和現代三個階段階段 自古以來，人們就會使用天然的復合材料自古以來，人們就會使用天然的復合材料木材、木材、竹、骨骼等。最原始的人造復合材料是在粘土泥漿中竹、骨骼等。最原始的人造復合材料是在粘土泥漿中摻稻草，制成土坯磚。摻稻草，制成土坯磚。 近代復合材料最早的有近代復合材料最早的有玻璃纖維增強樹脂玻璃纖維增強樹脂（如酚醛樹（如酚醛樹脂、環氧樹脂等）脂、環氧樹脂等）玻璃鋼。玻璃鋼。 原子能、航空、航天、電子、化工等的發展，對

3、材料原子能、航空、航天、電子、化工等的發展，對材料的輕質、高強、高模、高韌性、耐高溫、耐磨、耐腐的輕質、高強、高模、高韌性、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、電性能等提出了更高要求，使現代蝕、電性能等提出了更高要求，使現代先進復合材料先進復合材料蓬勃發展起來蓬勃發展起來高性能纖維高性能纖維和其他各種形式的復合和其他各種形式的復合材料材料 復合材料應具有如下三個特點：復合材料應具有如下三個特點：由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過宏觀由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過宏觀或微觀復合形成的一種新型材料，組元間存在著或微觀復合形成的一種新型材料，組元間存在著明顯的界面；明顯的界面；各組元不但保持各自的固有

4、特性，而且還最大限各組元不但保持各自的固有特性，而且還最大限度發揮各種材料組元的特性，并賦予單一材料組度發揮各種材料組元的特性，并賦予單一材料組元所不具備的優良特殊性能；元所不具備的優良特殊性能；復合材料具有可設計性。復合材料具有可設計性。2、特點、特點3、基體和增強體、基體和增強體 基基 體：體：復合材料中比較連續的相；復合材料中比較連續的相；增強相：增強相：其它一些以獨立形態分布于整個連其它一些以獨立形態分布于整個連 續相中的分散相；續相中的分散相；界界 面：面：兩者之間的結合部稱為界面。兩者之間的結合部稱為界面。 二、復合材料的分類二、復合材料的分類 1、按來源分：、按來源分：天然（竹、

5、木材、麻等）；天然（竹、木材、麻等）；人工人工 2、按基體材料的種類分：、按基體材料的種類分：聚合物基復合材料：熱固性、熱塑性、橡膠；聚合物基復合材料：熱固性、熱塑性、橡膠；金屬基復合材料：鋁，鈦合金；金屬基復合材料：鋁，鈦合金；陶瓷基復合材料；陶瓷基復合材料；石墨基復合材料：石墨基復合材料：C-C；混凝土基復合材料混凝土基復合材料 3、按增強相分類：、按增強相分類：纖維增強復合材料：長纖維，短纖維；纖維增強復合材料：長纖維，短纖維；晶須增強復合材料；晶須增強復合材料；顆粒增強復合材料；顆粒增強復合材料；混合增強復合材料：不同形態的增強相共同增強混合增強復合材料：不同形態的增強相共同增強的復合

6、材料。的復合材料。4、按用途分類：、按用途分類：結構復合材料；結構復合材料；功能復合材料：電磁學、光學、熱學、聲學及摩功能復合材料：電磁學、光學、熱學、聲學及摩擦、阻尼材料；擦、阻尼材料； 智能復合材料：自適應環境。智能復合材料：自適應環境。 1-2 1-2 復合材料的組分復合材料的組分 1-2-1 樹脂基復合材料樹脂基復合材料一、纖維（增強體）一、纖維（增強體） 1、對纖維的基本要求、對纖維的基本要求 1）力學性能：一般要求要高）力學性能：一般要求要高2）表面狀態：應易于與樹脂浸潤）表面狀態：應易于與樹脂浸潤3）長度、根數及捻度：長度應滿足）長度、根數及捻度：長度應滿足FRC的要求；的要求；

7、纖維束絲中單絲根數應能符合纖維束絲中單絲根數應能符合FRC每層壓厚的要求。每層壓厚的要求。6）環扣強度：是衡量纖維柔韌性的一個指標，可用）環扣強度：是衡量纖維柔韌性的一個指標，可用來表明纖維工藝性能的好壞。來表明纖維工藝性能的好壞。 4）細度和均勻度：細度是指單絲直徑；均勻度是指）細度和均勻度：細度是指單絲直徑；均勻度是指直徑的均勻程度，須滿足一定的規定。直徑的均勻程度，須滿足一定的規定。5）毛絲，毛團：為纖維束中的雜質，在一定纖維束）毛絲，毛團：為纖維束中的雜質，在一定纖維束長度上不允許超過一定數目。長度上不允許超過一定數目。2、纖維的分類：、纖維的分類： 無機纖維：玻璃纖維、碳纖維、硼纖維

8、及氧化硅、無機纖維：玻璃纖維、碳纖維、硼纖維及氧化硅、氧化鋁纖維等；氧化鋁纖維等；有機纖維：芳綸纖維、尼龍纖維及聚烯烴纖維等。有機纖維：芳綸纖維、尼龍纖維及聚烯烴纖維等。1）玻璃纖維）玻璃纖維 3、幾種常用的纖維、幾種常用的纖維 拉伸強度拉伸強度2.54.58GPa；密度；密度2.142.55g/cm3；拉伸模；拉伸模量量 5586GPa；延伸率；延伸率 3.375.2% 拉伸強度拉伸強度1.7GPa；拉伸模量；拉伸模量200400GPa；耐高溫：；耐高溫：2000 。2）碳纖維）碳纖維 3）芳綸）芳綸 拉伸強度高，約為鋁合金的拉伸強度高，約為鋁合金的5倍；彈性模量高，比玻倍；彈性模量高，比玻

9、璃纖維高璃纖維高1倍；密度小；韌性好倍；密度小；韌性好 。 4）硼纖維）硼纖維 拉伸強度拉伸強度3.45GPa；密度；密度2.42.6g/cm3；拉伸模量；拉伸模量 400GPa5）氧化鋁纖維）氧化鋁纖維 拉伸強度拉伸強度1.72.0GPa；密度；密度3.95g/cm3；拉伸模量；拉伸模量 380GPa6）碳化硅纖維）碳化硅纖維 拉伸強度拉伸強度3.35GPa；密度；密度3.05g/cm3；拉伸模量；拉伸模量400GPa玻璃纖維繩玻璃纖維布玻璃纖維繩玻璃纖維紙納米碳管纖維碳纖維繩二、樹脂基體二、樹脂基體1、FRC樹脂基體的基本要求樹脂基體的基本要求 1）分子量及其分布：分子量要適中，其分布范圍

10、）分子量及其分布：分子量要適中，其分布范圍應盡量小。應盡量小。2）粘度和流動性：若樹脂粘度小，則易于浸漬纖）粘度和流動性：若樹脂粘度小，則易于浸漬纖維，并且流動性好。維，并且流動性好。3）揮發分）揮發分 ：樹脂揮發分應盡量小：樹脂揮發分應盡量小4）固化特性：要求固化溫度盡可能低，固化壓力）固化特性：要求固化溫度盡可能低，固化壓力盡可能小，固化時間盡可能短。盡可能小，固化時間盡可能短。5）力學性能：具有一定的強度，模量，延伸率，）力學性能：具有一定的強度，模量，延伸率，壓縮性能。壓縮性能。6）與纖維的相容性：要好。）與纖維的相容性：要好。7）耐熱性能：包含耐溫性和耐熱老化性。）耐熱性能：包含耐溫

11、性和耐熱老化性。8）有耐腐蝕性能，介電性能，阻燃性，自熄性）有耐腐蝕性能，介電性能，阻燃性，自熄性等。等。2、樹脂的分類、樹脂的分類分為熱固性樹脂和熱塑性樹脂兩類。分為熱固性樹脂和熱塑性樹脂兩類。 熱固性：熱固性：加溫和加壓固化，不溶不熔，不可再利用。加溫和加壓固化，不溶不熔，不可再利用。如聚酯，環氧，聚酰亞胺，酚醛等。如聚酯，環氧，聚酰亞胺，酚醛等。熱塑性：熱塑性：加熱液化，可溶可熔，結晶態有固定熔點，加熱液化，可溶可熔，結晶態有固定熔點，可再利用。如聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯等。可再利用。如聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯等。1、MMC對增強體的基本要求對增強體的基本要求1-2-2 金屬基復合材料金

12、屬基復合材料一、增強體一、增強體1）應具有能明顯提高金屬基體所需特性的性能；）應具有能明顯提高金屬基體所需特性的性能；2）應具有良好的化學穩定性，在金屬基復合材料）應具有良好的化學穩定性，在金屬基復合材料制備和使用過程中基體有良好的化學相容性，不發制備和使用過程中基體有良好的化學相容性，不發生嚴重的界面反應；生嚴重的界面反應；3）與金屬有良好的浸潤性或通過表面處理能與金）與金屬有良好的浸潤性或通過表面處理能與金屬良好浸潤，以保證增強物與金屬基體良好的復合屬良好浸潤，以保證增強物與金屬基體良好的復合和均勻分布。和均勻分布。2、分類、分類 按形態可分為長纖維、短纖維、晶須和顆粒增按形態可分為長纖維

13、、短纖維、晶須和顆粒增強體；從材質來看有碳纖維、氧化鋁纖維、碳化硅強體；從材質來看有碳纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、石墨纖維、碳化鈦纖維、氮化硼纖維等。纖維、石墨纖維、碳化鈦纖維、氮化硼纖維等。二、基體二、基體 1、選擇基體應注意的事項、選擇基體應注意的事項 1）滿足金屬基復合材料的不同使用要求）滿足金屬基復合材料的不同使用要求 飛行器和衛星構件飛行器和衛星構件密度小的輕金屬合金，如密度小的輕金屬合金，如Mg、Al合金；合金；高性能發動機高性能發動機耐高溫的合金，如耐高溫的合金，如Ti、Ni基合金；基合金；汽車發動機汽車發動機耐磨，耐熱，導熱，一定的高溫強度，耐磨，耐熱，導熱，一定的高溫強度，

14、價廉的合金，如價廉的合金，如Al合金；合金；電子工業集成電路電子工業集成電路高導熱，低熱膨脹材料，如銀，高導熱，低熱膨脹材料，如銀，銅，鋁等金屬。銅，鋁等金屬。2）應注意金屬基復合材料組成的特點）應注意金屬基復合材料組成的特點長纖維復合材料長纖維復合材料純或含有少量合金元素的合金，純或含有少量合金元素的合金，如純鋁或鋁合金（低強度）；如純鋁或鋁合金（低強度）；不連續增強復合材料不連續增強復合材料高強度合金高強度合金。1-3 1-3 復合材料的性能復合材料的性能 一、復合材料的優點一、復合材料的優點 1. 材料性能的可設計性材料性能的可設計性 其宏觀性能可根據人們的需要通過細觀性能來設計，其宏觀

15、性能可根據人們的需要通過細觀性能來設計，因此可充分發揮材料的潛力。因此可充分發揮材料的潛力。 2. 制造工藝簡單，成本較低。制造工藝簡單，成本較低。3. 化學穩定性高。化學穩定性高。4、比強度，比剛度高比強度，比剛度高 材料材料密度密度模量模量(GPa)強度強度(MPa)比剛度比剛度比強度比強度連續連續S-玻璃纖玻璃纖維維/環氧樹脂環氧樹脂1.9960175030.287925%SiCw/氧氧化鋁化鋁3.7390900（彎曲（彎曲強度）強度）105243.2GRP(GF/EP)1.838.615002104833.3CRP(CF/EP)1.6181.01062113.1663.850%Al2O

16、3f/Al2.913090049310高強高強Al合金合金2.46840028.8166.7A3鋼鋼7.8621046027597、其它的特殊性能：其它的特殊性能： 5、高、低溫性能好，膨脹系數小高、低溫性能好，膨脹系數小6、耐磨、減摩，自潤性好耐磨、減摩，自潤性好 具有耐燒蝕性，耐輻射性，耐蠕變性以及特殊的光，具有耐燒蝕性，耐輻射性，耐蠕變性以及特殊的光，電，磁性能。電，磁性能。 二、復合材料的缺點二、復合材料的缺點 1. 材料性能的各向異性嚴重材料性能的各向異性嚴重 垂直于纖維方向的力學性能較低，特別是層間剪切強垂直于纖維方向的力學性能較低，特別是層間剪切強度很低。度很低。 2. 材料性能

17、分散性較大，質量控制和材料性能分散性較大，質量控制和 檢測比較困難。檢測比較困難。3. 材料成本較高。材料成本較高。4. 有些復合材料韌性差，機械連接較困難。有些復合材料韌性差，機械連接較困難。1-4 1-4 復合材料的應用復合材料的應用 一、航空航天工程一、航空航天工程 碳纖維樹脂基復合材料：發動機葉片。碳纖維樹脂基復合材料：發動機葉片。 硼纖維硼纖維/鋁：鋁：TF30-發動機葉片。發動機葉片。玻璃鋼：直升機旋翼。玻璃鋼：直升機旋翼。 CF/GF復合材料：軍用飛機機翼、機身。復合材料：軍用飛機機翼、機身。 石墨纖維復合材料：噴氣發動機石墨纖維復合材料：噴氣發動機 CF/KF混雜復合材料：起落

18、架，艙門混雜復合材料：起落架，艙門復合材料的應用實例復合材料的應用實例 碳纖維碳纖維/環氧樹脂環氧樹脂 碳纖維碳纖維/芳綸芳綸/環氧樹脂環氧樹脂 玻璃纖維增強塑料玻璃纖維增強塑料 芳綸芳綸/杜邦聚酰胺杜邦聚酰胺 芳綸芳綸/泡沫芯板泡沫芯板 碳纖維碳纖維/杜邦聚酰胺杜邦聚酰胺GLARE蒙皮用于蒙皮用于A380飛機的上機身蒙皮飛機的上機身蒙皮B-2隱形轟炸機隱形轟炸機 除主體結構是鈦復合材料外，其它部分均由碳纖維和石墨除主體結構是鈦復合材料外，其它部分均由碳纖維和石墨等復合材料構成，不易反射。等復合材料構成，不易反射。輕巧的碳輕巧的碳/碳復合材料碳復合材料全復合材料機身：輕型機的價格，中型機的寬敞

19、客艙，客全復合材料機身：輕型機的價格，中型機的寬敞客艙，客艙內站立高度為艙內站立高度為1.65米。米。目前商用飛機上復合材料僅占全機重量的目前商用飛機上復合材料僅占全機重量的50%，而，而某些直升機早已達到某些直升機早已達到90%荷蘭計劃研發新型綠色環保飛機荷蘭計劃研發新型綠色環保飛機 外形將酷似飛碟，另一個設想就是使用復合材料，如纖維增強外形將酷似飛碟，另一個設想就是使用復合材料，如纖維增強塑料。這種復合材料強度可與金屬媲美，而重量卻比金屬輕得塑料。這種復合材料強度可與金屬媲美，而重量卻比金屬輕得多，因此可以節省燃油。多，因此可以節省燃油。二、機械工業二、機械工業 主要用于閥、泵、齒輪、風機

20、、風片、軸及主要用于閥、泵、齒輪、風機、風片、軸及密封件等。密封件等。三、汽車工業及交通運輸行業三、汽車工業及交通運輸行業 主要用于整車重量的降低，是復合材料應用主要用于整車重量的降低，是復合材料應用最活躍的行業之一。最活躍的行業之一。四、化學工業四、化學工業耐蝕件，各種容器耐蝕件，各種容器。碳碳/碳復合材料碳復合材料復合材料軍用吉普車復合材料軍用吉普車玻璃纖維玻璃纖維/碳纖維碳纖維/增強樹脂增強樹脂美洲輕木美洲輕木泡沫泡沫超級跑車超級跑車車身大量應用碳纖維復合材料車身大量應用碳纖維復合材料五、兵器工業五、兵器工業 復合裝甲，防彈頭盔復合裝甲，防彈頭盔 船舶業，生物醫學，運動器械，食品工業等。

21、船舶業，生物醫學，運動器械，食品工業等。六、建筑領域六、建筑領域玻璃纖維增強水泥，玻璃鋼等。玻璃纖維增強水泥，玻璃鋼等。七、其他領域七、其他領域綠可木，生態木塑復合材料，綠可木，生態木塑復合材料，木塑復合材料吸音板木塑復合材料吸音板復合材料（玻璃鋼）制品復合材料（玻璃鋼）制品生物醫學制品和體育運動生物醫學制品和體育運動復合材料被用來預防受傷，矯正生理復合材料被用來預防受傷，矯正生理機能，和幫助病人復原。機能，和幫助病人復原。生物醫學制品和以體育運動器材為主生物醫學制品和以體育運動器材為主的碳纖維復合材料制品的碳纖維復合材料制品碳纖維碳纖維/樹脂復合材料樹脂復合材料生產充氣船及其膠布制品，采用國

22、際上先進的生產充氣船及其膠布制品，采用國際上先進的A級級RTP復合材料復合材料新型日光溫室復合材料新型日光溫室復合材料溫室骨架和縱拉桿全部采用復合材料制成溫室骨架和縱拉桿全部采用復合材料制成熱塑性復合材料在近熱塑性復合材料在近20年中，增長速率持續較快，年中，增長速率持續較快，是熱固性的是熱固性的3倍。倍。聚合物納米復合材料聚合物納米復合材料聚合物聚合物層狀粘土層狀粘土傳統的傳統的復合材料復合材料插入的插入的納米復合材料納米復合材料片狀剝片狀剝離的離的納米復納米復合材料合材料新型的納米黏土新型的納米黏土片層越小，分散得越好，則復合材料的性能越好片層越小，分散得越好，則復合材料的性能越好http

23、:/ 1-6 復合材料的構造及制法復合材料的構造及制法 1-6-1 復合材料的基本構造形式復合材料的基本構造形式 纖維按一個方向整齊排列或由雙向交織纖維平面纖維按一個方向整齊排列或由雙向交織纖維平面排列。（各向異性、線彈性）排列。（各向異性、線彈性） 1，2，3材料的主軸：縱向：纖維方向（材料的主軸：縱向：纖維方向（1）；橫）；橫向：垂直于纖維方向（向：垂直于纖維方向（2）；厚度方向（）；厚度方向（3）：）：一、單層復合材料一、單層復合材料 二、疊層復合材料（層合板）二、疊層復合材料（層合板） 由多層的單層板鋪放成疊層形式，進行粘合，經由多層的單層板鋪放成疊層形式，進行粘合，經過加熱固化形成，

24、各層單層板的纖維方向一般不同。過加熱固化形成，各層單層板的纖維方向一般不同。 表示方法表示方法 a a/0o/90o/-a a三、短纖維復合材料三、短纖維復合材料 由隨機或單向排列的短切纖維組成。由隨機或單向排列的短切纖維組成。 隨機取向：各向同性隨機取向：各向同性 單向取向：各向異性單向取向：各向異性四、顆粒增強復合材料四、顆粒增強復合材料 顆粒隨機分布，宏觀各向同性。顆粒隨機分布，宏觀各向同性。一、樹脂基復合材料一、樹脂基復合材料1-6-2 復合材料復合材料成型方法成型方法1、接觸成型：手糊成型；噴射成型。、接觸成型：手糊成型；噴射成型。2、壓力成型：模壓、袋壓或層壓成型。、壓力成型：模壓

25、、袋壓或層壓成型。3、纏繞成型：生產、纏繞成型：生產PMC回轉體結構。回轉體結構。4、編織成型：制備多向、三維復合材料。、編織成型：制備多向、三維復合材料。6、其他成型：注射、拉擠或樹脂傳遞成型。、其他成型：注射、拉擠或樹脂傳遞成型。5、夾層結構制造成型、夾層結構制造成型二、金屬基復合材料二、金屬基復合材料1、固態成型：擴散結合或粉末冶金成型。、固態成型：擴散結合或粉末冶金成型。2、液態成型：壓鑄、半固態復合鑄造或無壓、液態成型：壓鑄、半固態復合鑄造或無壓滲透成型。滲透成型。3、噴涂和噴射沉積成型、噴涂和噴射沉積成型4、原位復合成型：共晶合金定向凝固法、直、原位復合成型：共晶合金定向凝固法、直

26、接金屬氧化法和反應生成法。接金屬氧化法和反應生成法。3 樹脂基復合材料成型技術簡介樹脂基復合材料成型技術簡介3.1 手糊成型手糊成型 手糊成型是依次在模具型腔表面涂布或鋪迭手糊成型是依次在模具型腔表面涂布或鋪迭脫模劑、膠衣、粘度適中的樹脂基體脫模劑、膠衣、粘度適中的樹脂基體( (膠衣凝膠后膠衣凝膠后涂覆涂覆) )，手持輥子或刷子使纖維浸漬基體，并驅除，手持輥子或刷子使纖維浸漬基體，并驅除氣泡，壓實基層。鋪層操作反復多次，直到達到氣泡，壓實基層。鋪層操作反復多次，直到達到制品的設計厚度。制品的設計厚度。重點介紹手糊成型及模壓成型重點介紹手糊成型及模壓成型一一 優點優點1 1、不受產品尺寸和形狀的

27、限制，適宜尺寸大，批、不受產品尺寸和形狀的限制，適宜尺寸大，批量小，整體式及結構復雜產品的制作；量小，整體式及結構復雜產品的制作；2 2、可以根據設計要求合理利用增強材料，可以在、可以根據設計要求合理利用增強材料，可以在制品不同部位任意局部增強；制品不同部位任意局部增強；3 3、制品樹脂含量可調，耐腐蝕性能好；、制品樹脂含量可調，耐腐蝕性能好；4 4、設備簡單，投資少，操作方便，生產準備時間、設備簡單，投資少，操作方便，生產準備時間短，工藝簡便。短，工藝簡便。1、生產效率低，勞動強度大，勞動衛生條、生產效率低，勞動強度大，勞動衛生條件差；件差；2、產品質量不易控制，性能穩定性不高；、產品質量不

28、易控制，性能穩定性不高；3、產品強度較其他成型工藝低，尺寸精度、產品強度較其他成型工藝低，尺寸精度較差。較差。二二 缺點缺點纖維增強材料纖維增強材料處理處理剪裁剪裁固化固化手糊成型手糊成型檢驗檢驗后處理后處理樹脂樹脂脫模脫模修整修整成品成品固化劑固化劑干燥干燥模具模具涂脫模劑涂脫模劑輔助材料輔助材料樹脂膠液配樹脂膠液配制制增強材料準增強材料準備備準備準備準備準備為下一次手糊為下一次手糊成型做準備成型做準備基本工藝流程基本工藝流程3.2 模壓成型模壓成型1、生產效率較高；、生產效率較高；2、制品尺寸準確，表面光潔；、制品尺寸準確，表面光潔；3、可一次成型，無需二次加工；、可一次成型，無需二次加工

29、；4、制品外觀及尺寸的重復性好，容易實現機、制品外觀及尺寸的重復性好，容易實現機械化和自動化。械化和自動化。一一 優點優點二二 缺點缺點1、模具設計制造復雜，壓機及模具投資高；、模具設計制造復雜，壓機及模具投資高；2、制品尺寸受設備限制，一般只適合批量、制品尺寸受設備限制，一般只適合批量大的中、小型制品。大的中、小型制品。二二 工藝流程工藝流程模具預熱模具預熱脫模劑涂刷脫模劑涂刷料的稱量料的稱量料預熱和料預熱和預成型預成型裝模裝模壓制壓制脫模脫模打底及輔打底及輔助加工助加工檢驗檢驗成品成品后處理后處理壓制前準備壓制前準備壓制壓制4.1 固態法固態法4 金屬基復合材料制備工藝簡介金屬基復合材料制

30、備工藝簡介只介紹固態法和液態法兩大類只介紹固態法和液態法兩大類 擴散結合工藝中主要有三個關鍵步驟：擴散結合工藝中主要有三個關鍵步驟：（1）纖維的排布；（）纖維的排布；（2）復合材料的疊加和真）復合材料的疊加和真空封裝；（空封裝；（3）熱壓。其具體工藝流程如下：）熱壓。其具體工藝流程如下：一、擴散結合法一、擴散結合法 是制造連續纖維增強金屬基復合材料的是制造連續纖維增強金屬基復合材料的傳統工藝方法。傳統工藝方法。 其關鍵步是熱壓，必須控制好熱壓工藝其關鍵步是熱壓，必須控制好熱壓工藝參數：主要為溫度，壓力和時間。參數：主要為溫度，壓力和時間。 對 硼 纖 維 增 強 鋁 復 合 材 料 ： 溫 度

31、 為對 硼 纖 維 增 強 鋁 復 合 材 料 ： 溫 度 為500600；壓力為；壓力為5070MPa；時間為；時間為0.52小時。小時。 缺點：工藝復雜，手工操作多，成本高。缺點：工藝復雜，手工操作多，成本高。二、粉末冶金法二、粉末冶金法 既可適用于連續，長纖維增強，又可用于既可適用于連續，長纖維增強，又可用于短纖維，顆粒或晶須增強的金屬基復合材料。短纖維，顆粒或晶須增強的金屬基復合材料。1、長纖維復合材料工藝、長纖維復合材料工藝 纖維與基體按一定比例混合纖維與基體按一定比例混合封裝、排氣封裝、排氣熱等靜壓（熱等靜壓（HIP）成型）成型機加工（或二次加機加工（或二次加工改變性能）。工改變性

32、能）。 熱等靜壓封裝，排氣配比，混合基體粉末增強材料冷等靜壓冷等靜壓（CIP）繞結繞結熱擠壓熱擠壓機加工機加工2、短纖維、顆粒或晶須復合材料工藝、短纖維、顆粒或晶須復合材料工藝 適用于批量制造短纖維、晶須增強金屬基適用于批量制造短纖維、晶須增強金屬基復合材料零部件，形狀，尺寸均可接近零部件復合材料零部件，形狀，尺寸均可接近零部件的最終尺寸。二次加工量小，成本低。的最終尺寸。二次加工量小，成本低。2-3-2 液態法液態法 液態法是目前制備顆粒、晶須和短纖維增液態法是目前制備顆粒、晶須和短纖維增強金屬基復合材料的主要工藝，與固態法相比，強金屬基復合材料的主要工藝，與固態法相比，其工藝設備相對簡便易行，和傳統金屬材料的其工藝設備相對簡便易行，和傳統金屬材料的成型工藝非常相似，制作成本較低。成型工藝非常相似，制作成本較低。壓鑄成型壓鑄成型工藝流程：工藝流程：預制件預熱預制件預熱預制件入模預制件入模涂入液態金屬涂入液態金屬加壓滲透加壓滲透加壓保壓凝固加壓保壓凝固脫脫 模模二次加工成形二次加工成形纖維預制件脫模干燥注入模具中攪拌粘結劑水增強材料（關鍵是預制件的制備）（關鍵是預制件的制備）1、纖維與基體金屬的潤濕性，