復(fù)合材料教學(xué)第十五章復(fù)合材料的應(yīng)用和發(fā)展ppt課件.pptx

復(fù)合材料的應(yīng)用和發(fā)展一 復(fù)合材料的應(yīng)用1 聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用2 金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用3 陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用4 碳碳復(fù)合材料二 復(fù)合材料的發(fā)展1 復(fù)合材料的性能對(duì)比2 復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì) 一 復(fù)合材料的應(yīng)用1 聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用2 金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用3 陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用4 碳碳復(fù)合材料 1 聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用聚合物基復(fù)合材料已廣泛地應(yīng)用于石油化工 交通運(yùn)輸 建筑環(huán)保 文體用品以及國(guó)防軍工等各個(gè)領(lǐng)域 近20年以來(lái) 先進(jìn)復(fù)合材料 ACM 更是迅速發(fā)展 1989年ACM的需求量為1 3萬(wàn)噸 相當(dāng)于39億美元 2000年超過3 0萬(wàn)噸 2010年12萬(wàn)噸 目前全球復(fù)合材料產(chǎn)量約為820萬(wàn)噸 1 1在航天領(lǐng)域的應(yīng)用 減重對(duì)航天飛行器和運(yùn)載工具至關(guān)重要 一方面基于聚合物基復(fù)合材料的高比強(qiáng)度和比剛度 具有明顯的減重效果 同時(shí)也基于聚合物基復(fù)合材料優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性 聚合物基復(fù)合材料已成為航天飛行器和運(yùn)載工具的極為重要的結(jié)構(gòu)材料 如導(dǎo)彈 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體 衛(wèi)星天線 支撐結(jié)構(gòu) 太陽(yáng)能電池底板 發(fā)射衛(wèi)星整流罩 哈勃望遠(yuǎn)鏡鏡筒等均采用了聚合物基復(fù)合材料 美國(guó)航天飛機(jī)使用復(fù)合材料減輕結(jié)構(gòu)重量1220公斤 包括壓力容器 6 1米長(zhǎng)的遙控器機(jī)械臂等 其中僅艙門就使用聚合物基復(fù)合材料1452kg 美 歐國(guó)家的衛(wèi)星廣泛使用聚合物基復(fù)合材料 使其結(jié)構(gòu)重量不到總重量的10 圖14 1FRP在導(dǎo)彈火箭上的應(yīng)用 航空領(lǐng)域是使用聚合物基復(fù)合材料最早 最多的部門之一 聚合物基復(fù)合材料可使飛機(jī)顯著輕量化 并顯著提高飛機(jī)的性能 如隱身性能 降低噪音 可靠性提高等 特別是隨著軍用飛機(jī)的發(fā)展和性能改善 聚合物基復(fù)合材料的使用量也大幅度增加 1 2在航空領(lǐng)域的應(yīng)用 例如F 14A F 15戰(zhàn)斗機(jī)使用了2 的B EP F 16使用了4 2 的C EP F 18使用聚合物基復(fù)合材料的量增加到12 1 美國(guó)先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī) ATF 則接近40 估計(jì)美國(guó)B 2戰(zhàn)略隱身轟炸機(jī)的使用量高達(dá)18 22 5噸 西方先進(jìn)軍用飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展趨勢(shì)和顯著特點(diǎn)就是全復(fù)合材料化 并賦予隱身性能 我國(guó)的先進(jìn)軍用飛機(jī)的結(jié)構(gòu)也大量采用了聚合物基復(fù)合材料 現(xiàn)代商用飛機(jī)使用聚合物基復(fù)合材料的增長(zhǎng)速度也十分迅速 并逐漸由次承力構(gòu)件向主承力構(gòu)件過渡 如波音飛機(jī) 空中客車等的方向舵 垂尾副翼 升降舵等 全復(fù)合材料飛機(jī)Voyager更是完成了人類歷史上首次不加油 不著陸的環(huán)球飛行 直升飛機(jī)的許多部件也采用了聚合物基復(fù)合材料 如旋翼槳葉幾乎都用聚合物基復(fù)合材料制作 我國(guó)研制的直 九直升機(jī)使用聚合物基復(fù)合材料的量高達(dá)60 圖14 2FRP在波音B 777上的應(yīng)用 1 3在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用由于聚合物基復(fù)合材料具有耐酸 堿 油 有機(jī)溶劑等腐蝕的性能 因而可用作各種化工管道 閥門 泵 槽罐 塔釜等 1 4在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用汽車工業(yè)是聚合物基復(fù)合材料應(yīng)用最活躍的領(lǐng)域之一 可用做車身 驅(qū)動(dòng)軸 操作桿 方向盤 客艙閣板 底盤 結(jié)構(gòu)梁 發(fā)動(dòng)機(jī)罩 散熱器罩等部件 各種汽車外殼 摩托車外殼以及高速列車車廂廂體等也廣泛采用了聚合物基復(fù)合材料 聚合物基復(fù)合材料大量用作運(yùn)動(dòng)和競(jìng)技用車 全復(fù)合材料自行車 汽車已經(jīng)問世 引起了廣泛注意 在船舶工業(yè) 由于聚合物基復(fù)合材料具有耐腐蝕 抗微生物附著等優(yōu)點(diǎn) 因而它被普遍用來(lái)制造汽艇 游艇 救生艇 漁船等小型船舶 更因?yàn)榫酆衔锘鶑?fù)合材料具有無(wú)磁 可透磁和聲波 吸收振動(dòng)等特點(diǎn) 因而最適合軍用掃雷艇的制造 1 5在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用玻璃纖維復(fù)合材料已大量應(yīng)用于建筑材料 如冷卻塔 儲(chǔ)水塔 衛(wèi)生間的浴盆浴缸 桌椅門窗 安全帽以及玻璃鋼暖房 臨時(shí)建筑 活動(dòng)房屋等 國(guó)內(nèi)外已有多座玻璃纖維復(fù)合材料橋梁 1 6在文體用品領(lǐng)域的應(yīng)用聚合物基復(fù)合材料由于具有高比強(qiáng)度和比剛度 因此文體用品也是其最大的應(yīng)用市場(chǎng)之一 90年文體用碳纖維占世界碳纖維總產(chǎn)量的35 達(dá)2240噸 僅歐洲用于文體用品的玻璃纖維年消耗量就達(dá)18000噸 聚合物基復(fù)合材料廣泛地用于制造登山越野鞋 滑雪鞋 網(wǎng)球拍 羽毛球拍 高爾夫球棒 釣魚桿 賽車賽艇 滑雪板 劃槳 冰球拍 壘球棒 弓箭以及樂器等文體用品 1 7在其它領(lǐng)域的應(yīng)用玻璃纖維復(fù)合材料具有良好的電絕緣性能 可用于制成各種開關(guān)裝置 電纜輸送管道 高頻絕緣子 印刷電路板 雷達(dá)絕緣罩等 此外聚合物復(fù)合材料還用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域 如制造醫(yī)療衛(wèi)生器械 人造骨骼 關(guān)節(jié)等 2 金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用與聚合物復(fù)合材料相比 金屬基復(fù)合材料發(fā)展時(shí)間較短 只有30多年的歷史 還處于蓬勃發(fā)展的階段 由于金屬基復(fù)合材料的成本較高 在80年代 僅限于在航空 航天領(lǐng)域的應(yīng)用 隨著各種新工藝的不斷出現(xiàn) 促進(jìn)了顆粒 晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的發(fā)展 使得復(fù)合材料的成本不斷下降 使得金屬基復(fù)合材料在汽車工業(yè)等民用領(lǐng)域得到使用 從而擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍 進(jìn)而又促進(jìn)了金屬基復(fù)合材料的發(fā)展 連續(xù)纖維 金屬基復(fù)合材料應(yīng)用的最著名例子就是美國(guó)航天飛機(jī)主倉(cāng)承力桁架 原 蘇聯(lián)航天飛機(jī) 暴風(fēng)雪號(hào) 級(jí)間連接環(huán)均使用了Bf Al復(fù)合材料 美國(guó)航天飛機(jī)主倉(cāng)承力桁架使用Bf Al 減輕了結(jié)構(gòu)重量145公斤 圖14 3美國(guó)航天飛機(jī)Bf Al主承力桁 heng 由于連續(xù)纖維 金屬基復(fù)合材料目前成本較高 制備工藝復(fù)雜 因此限制了其應(yīng)用范圍僅在航空 航天等高技術(shù)和軍用領(lǐng)域 而顆粒 晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料相對(duì)成本低 工藝簡(jiǎn)單成熟 應(yīng)用范圍廣 開發(fā)前景大 如在航空 航天領(lǐng)域SiCP Al復(fù)合材料已用于衛(wèi)星預(yù)埋件 火箭儀器倉(cāng)蓋 中段蒙皮等 其它在輕質(zhì)裝甲 導(dǎo)彈飛翼和直升機(jī)部件外 主要用于汽車工業(yè) 如發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸活塞 噴油咀部件 制動(dòng)裝置等 3 陶瓷基復(fù)合材料 陶瓷基復(fù)合材料的發(fā)展速度遠(yuǎn)不如聚合物和金屬基那么快 陶瓷基復(fù)合材料的制備涉及到高溫 制備工藝復(fù)雜 其成本昂貴 同時(shí)由于其基體和增強(qiáng)材料的熱膨脹系數(shù)差異 在制備過程和使用過程中易產(chǎn)生熱應(yīng)力 因此它的發(fā)展困難更大 其應(yīng)用也處于起始階段 目前已成功地用于制備高速切削工具 例如SiCw Al2O3陶瓷基復(fù)合材料高速切削工具大大地提高了使用壽命 進(jìn)刀量和切削速度 它另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是作為高溫結(jié)構(gòu)材料和耐磨耐蝕材料 如C SiC SiC SiC已用于航天飛機(jī)的熱結(jié)構(gòu)件 但目前陶瓷基復(fù)合材料主要還處于研制和試用階段 4 碳 碳復(fù)合材料 碳 碳復(fù)合材料最初的應(yīng)用是作為耐燒蝕材料用在導(dǎo)彈彈頭和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管等 碳 碳復(fù)合材料以密度低 耐燒蝕和導(dǎo)熱好 抗熱沖擊和熱震性能好成為導(dǎo)彈彈頭鼻錐的最佳材料 密度低可以提高導(dǎo)彈射程 彈頭每降低一公斤可增程約20公里 耐燒蝕可以使導(dǎo)彈彈頭外形保持穩(wěn)定對(duì)稱的特點(diǎn) 有效地提高導(dǎo)彈彈頭的命中率和精度 同時(shí)也可保持固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的尺寸穩(wěn)定 適應(yīng)其惡劣的工作條件 圖14 5固體發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 圖14 4C C復(fù)合材料在航天飛機(jī)上應(yīng)用部位示意圖 圖14 6C C復(fù)合材料人造髖關(guān)節(jié)示意圖 碳 碳復(fù)合材料的耐高溫 摩擦磨損性能優(yōu)異 制動(dòng)吸收能量大等特點(diǎn)表明是一種理想的摩擦材料 廣泛地應(yīng)用于制造新型剎車盤 與金屬陶瓷 鋼摩擦副相比 碳 碳復(fù)合材料制成的剎車盤可減輕結(jié)構(gòu)重量40 其使用壽命是金屬陶瓷 鋼摩擦副的2 4倍 除用作飛機(jī)剎車裝置剎車盤外 碳 碳剎車片還可用于一級(jí)方程式賽車和摩托車的剎車系統(tǒng) 碳材料與人類骨骼 血液和軟組織具有最佳的生物相容性 因此碳 碳復(fù)合材料可以作為人體骨骼的替代材料 例如可作為人工髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)植入體內(nèi) 也可作為牙根植入體 另外 碳 碳復(fù)合材料還可以制作高溫緊固件 熱壓和超塑性加工模具以及加熱元件等 二 復(fù)合材料的發(fā)展1 復(fù)合材料的性能對(duì)比2 復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì) 二 復(fù)合材料的發(fā)展復(fù)合材料的性能對(duì)比復(fù)合材料的室溫性能 表14 1各種復(fù)合材料以及常用金屬材料力學(xué)性能比較 復(fù)合材料的力學(xué)性能取決于增強(qiáng)相和基體的性能 含量 可根據(jù)使用條件設(shè)計(jì) 三種主要的復(fù)合材料都可得到高的力學(xué)性能 1 2復(fù)合材料的高溫性能主要取決于基體材料 樹脂基復(fù)合材料 300 C以下金屬基復(fù)合材料 鋁 鎂基復(fù)合材料 300 C鈦合金基復(fù)合材料 650 C金屬間化合物基復(fù)合材料 1000 C高溫合金基復(fù)合材料 1200 C陶瓷基復(fù)合材料 1500 C碳 碳復(fù)合材料 1800 C 圖14 7復(fù)合材料在不同溫度范圍的應(yīng)用 1 3復(fù)合材料的其它性能 1 硬度 復(fù)合材料的硬度主要取決于基體材料性能 一般樹脂基復(fù)合材料小于金屬基復(fù)合材料 金屬基復(fù)合材料小于陶瓷基復(fù)合材料2 耐自然老化能力 取決于基體材料和界面的性能 一般來(lái)講陶瓷基復(fù)合材料優(yōu)于金屬基復(fù)合材料 金屬基復(fù)合材料優(yōu)于樹脂基復(fù)合材料 3 耐化學(xué)腐蝕性能 樹脂基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料優(yōu)于金屬基復(fù)合材料 4 導(dǎo)熱性能 金屬基復(fù)合材料 50 65W mK 陶瓷基復(fù)合材料 0 7 3 5W mK 樹脂基復(fù)合材料 0 35 0 45W mK 1 4生產(chǎn)工藝的難易程度 成本高低及實(shí)用化程度 復(fù)合材料生產(chǎn)工藝的難易程度 成本高低及實(shí)用化程度與其界面結(jié)合特點(diǎn)和制備成型工藝溫度的高低有直接關(guān)系 樹脂基復(fù)合材料一般為物理界面結(jié)合 或偶聯(lián)劑化學(xué)鍵結(jié)合 成型工藝溫度不高于300 C 工藝裝置相對(duì)簡(jiǎn)單 生產(chǎn)工藝成熟 產(chǎn)品成本最低 金屬基復(fù)合材料次之 界面結(jié)合為化學(xué)反應(yīng)結(jié)合 界面結(jié)合復(fù)雜并要求高 成型工藝溫度可達(dá)1000 C 工藝裝置復(fù)雜 陶瓷基復(fù)合材料工藝最復(fù)雜 成型工藝溫度在1200 C以上 同時(shí)其界面結(jié)合更為復(fù)雜 產(chǎn)品成本也最高 2 復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)2 1基體材料 1 聚合物近年來(lái)熱塑性聚合物以其高韌性 貯存期長(zhǎng) 可修補(bǔ) 成型周期短為特點(diǎn) 已成為第三代聚合物基復(fù)合材料注目的焦點(diǎn) 目前已開發(fā)出PEEK PAI為基體的復(fù)合材料 最近發(fā)展的熱致液晶聚合物是熱塑性聚合物樹脂中的佼佼者 這種材料的大分子主鏈結(jié)構(gòu)是由剛性或半剛性的棒狀單元鏈段與柔性單元鏈通過分子剪裁設(shè)計(jì)構(gòu)造而成 使材料具有高強(qiáng)度和高模量 并改善了加工性 韌性和柔順性 2 金屬材料傳統(tǒng)金屬材料的發(fā)展幾乎已到了極限 金屬間化合物 如Ni Al Fe Al和Ti Al系 具有高比強(qiáng)度 高比模量以及高溫性能良好等優(yōu)點(diǎn) 是今后高溫金屬材料發(fā)展的方向 如果能夠解決金屬間化合物的脆性等問題 金屬間化合物及其復(fù)合材料將具有廣闊的應(yīng)用前景 納米材料由于其量子效應(yīng) 物質(zhì)的局域性及巨大的表面及界面效應(yīng) 使物質(zhì)呈現(xiàn)出許多既不同于宏觀物體 也不同于單個(gè)孤立原子的奇特現(xiàn)象 金屬納米材料的進(jìn)一步深入研究將會(huì)發(fā)現(xiàn)和開發(fā)出許多新穎性能 同樣也會(huì)使得金屬基復(fù)合材料的研究 如界面研究和工藝研究出現(xiàn)新的變革 3 陶瓷材料多種陶瓷混合作為基體材料使陶瓷基復(fù)合材料具有更好的性能 納米陶瓷的出現(xiàn)是陶瓷材料的一場(chǎng)革命 納米陶瓷顆粒晶粒細(xì)化有助于晶粒間的滑移 因而使材料具有超塑性 顆粒晶粒細(xì)化使材料體系具有巨大的表面積 必然引起整個(gè)燒結(jié)動(dòng)力學(xué)的變化 明顯降低燒結(jié)溫度 顆粒晶粒細(xì)化也會(huì)減少材料內(nèi)部缺陷 獲得無(wú)缺陷或無(wú)有害缺陷陶瓷 納米陶瓷是解決陶瓷材料脆性的一個(gè)重要途徑 新型結(jié)構(gòu)陶瓷 三元層狀化合物結(jié)構(gòu)具有共價(jià)鍵 金屬鍵及離子鍵和結(jié)合 大量的研究工作證明 三元層狀化合物Ti3SiC2集金屬和陶瓷的性能于一體 具有高強(qiáng)度 低密度 良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化 抗熱沖擊 高電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率 塑性好 易加工等優(yōu)異性能 同時(shí)兼有陶瓷和金屬的特性 使其具有廣闊的應(yīng)用前景 Ti3SiC2陶瓷是一種新型復(fù)合材料基體和增強(qiáng)劑材料 2 2增強(qiáng)材料根據(jù)復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì) 與之適應(yīng)的增強(qiáng)相應(yīng)具有耐高溫 高 比 性能并與基體材料 物理和化學(xué)相容性 良好的綜合性能 碳纖維目前向高強(qiáng) 高模 低成本的方向發(fā)展 高強(qiáng)碳纖維的極限抗拉強(qiáng)度可達(dá)7060MPa 日本東麗T1000 高模碳 石墨 纖維的彈性模量達(dá)830GPa 美國(guó)Amoco公司P120 同時(shí)低成本通用碳纖維的價(jià)格降至幾十美元 為碳纖維的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了良好條件 另外 聚乙烯 Kevlar PBO等有機(jī)纖維除了具有優(yōu)異的力學(xué)性能外 同時(shí)也具有其它功能特性 其發(fā)展令人注目 對(duì)于金屬基復(fù)合材料來(lái)講 由于金屬基體的化學(xué)活性以及在高溫下的制備和使役過程 決定了金屬基復(fù)合材料的界面更為復(fù)雜 化學(xué)反應(yīng)結(jié)合是其主要結(jié)合方式 如何控制界面化學(xué)反應(yīng)是極為重要的問題 但大多數(shù)金屬基復(fù)合材料在熱力學(xué)上是非平衡體系 目前技術(shù)上成熟的增強(qiáng)劑 即使綜合性能良好的SiC纖維 嚴(yán)格來(lái)說并不十分理想 特別是對(duì)于鈦合金 金屬間化合物 高溫合金以及陶瓷等高溫基體 因此 除了采取有效的纖維表面改性等措施外 開發(fā)新型更高性能的增強(qiáng)劑也是當(dāng)務(wù)之急 從熱力學(xué)角度來(lái)講 可能用于增強(qiáng)鈦鋁金屬間化合物的增強(qiáng)相有 氧化鈹 氮化鈦 硅化鈦等 適合于用于增強(qiáng)鎳鋁金屬間化合物的增強(qiáng)相有 氧化鈹 氮化鈦 二硼化鈦等 納米碳管和納米碳纖維是近年來(lái)出現(xiàn)的新型高性能增強(qiáng)劑 其強(qiáng)度比鋼高100倍 比石墨高5到10倍 而密度僅為鋼的六分之一 目前納米碳管和納米碳纖維的制備基本已突破產(chǎn)量小的難關(guān) 其成本也逐漸下降 這類高性能增強(qiáng)劑的復(fù)合材料的研究已日見活躍 2 3新型復(fù)合材料1 高性能熱塑性聚合物復(fù)合材料 近年來(lái)熱塑性聚合物以其高韌性 貯存期長(zhǎng) 可修補(bǔ) 成型周期短為特點(diǎn) 已成為第三代聚合物基復(fù)合材料注目的焦點(diǎn) 2 Ti合金基復(fù)合材料 鈦合金及鈦鋁金屬間化合物具有密度低 比強(qiáng)度和比模量高 高溫性能和抗氧化性能優(yōu)異 與SiC纖維化學(xué)相容性好等特點(diǎn) SiC纖維增強(qiáng)鈦合金及鈦鋁金屬間化合物基復(fù)合材料是新一代高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件的理想候選材料 航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)采用鈦基或鈦鋁化合物基復(fù)合材料葉環(huán)結(jié)構(gòu)新設(shè)計(jì)方案可比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)減重40 70 圖14 8 使發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比大幅度提高 目前美英德法等國(guó)均投入相當(dāng)大的人力和經(jīng)費(fèi) 對(duì)SiC纖維 鈦基或鈦鋁化合物基復(fù)合材料研究和應(yīng)用給予強(qiáng)有力的支持和保證 美國(guó)已建立了世界上第一條SiC纖維 鈦基復(fù)合材料生產(chǎn)線 美國(guó)著名的綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)規(guī)劃 IHPTET 1987 2009 對(duì)鈦鋁化合物基復(fù)合材料極為重視 在1998年公布的十年成就中展示了采用SiC纖維增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料制作的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子樣件 英國(guó)在國(guó)防研究署支持下 開發(fā)出PVD等先進(jìn)制備工藝 羅 羅公司研制成發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉環(huán)部件 減重效果大于50 并成功試車 圖14 8Ti合金基復(fù)合材料先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)葉環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖 3 陶瓷基復(fù)合材料 熱機(jī)的循環(huán)壓力和循環(huán)氣體的溫度提高 其熱效率也就越高 采用陶瓷或陶瓷基復(fù)合材料代替高溫合金已成了目前的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容 為此許多西方國(guó)家 如美國(guó)能源部和宇航局開展了AGT100 101 先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī) 和CATE 陶瓷在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用 等計(jì)劃 我國(guó)也進(jìn)行了研究探索 陶瓷基復(fù)合材料葉片的研制是其中的一個(gè)重點(diǎn) 要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)還有相當(dāng)大的難度 陶瓷基復(fù)合材料葉片的實(shí)用化將極大地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能 4 碳 碳復(fù)合材料 近年來(lái)碳 碳復(fù)合材料的制備工藝取得了新的突破 如中國(guó)科學(xué)院金屬研究所采用直熱式化學(xué)氣相滲技術(shù)將制備工藝周期從原來(lái)的1000多小時(shí)縮短到30小時(shí)以內(nèi) 使材料成本大幅度下降 隨著成本的下降 碳 碳復(fù)合材料在航空 航天及在民用領(lǐng)域的應(yīng)用前景越來(lái)越廣闊 5 水泥復(fù)合材料 碳纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料不僅大大地減輕了自重 而且其彈性模量接近混合定律值 斷裂功提高幾個(gè)數(shù)量級(jí) 改善其抗蠕變和耐疲勞性能 另外 碳纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料還具有良好的修補(bǔ)性能 隨著碳纖維的成本不斷下降 碳纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料在重要的建筑工程中 如高層建筑 立交橋 橋梁等 得到廣泛的應(yīng)用 2 4復(fù)合材料的幾種發(fā)展趨勢(shì)1 由宏觀復(fù)合形式向微觀 細(xì)觀 復(fù)合形式發(fā)展 包括原位復(fù)合材料 納米復(fù)合材料及分子復(fù)合材料 納米復(fù)合材料包括兩種以上納米尺寸的晶粒進(jìn)行復(fù)合或兩種以上納米厚度的薄膜交替疊層或納米粒子和薄膜復(fù)合的復(fù)合材料 這些復(fù)合材料由于存在納米尺寸效應(yīng)可望明顯改善復(fù)合材料的韌性和耐溫性 另外在納米尺度上形成的無(wú)機(jī) 無(wú)機(jī)和無(wú)機(jī) 有機(jī)復(fù)合材料則有可能形成性能優(yōu)異的新一代功能復(fù)合材料 分子復(fù)合材料是指剛性棒狀高分子為增強(qiáng)相 在分子水平上與柔性高聚物基體復(fù)合而成的復(fù)合材料 這種復(fù)合材料的界面是超微觀的 基本上不存在界面相容性和界面應(yīng)力集中問題 界面粘接性極好 同時(shí)有很好的加工性和設(shè)計(jì)自由度 2 由雙元混雜復(fù)合向多元混雜和超混雜方向發(fā)展 所謂多元混雜是指復(fù)合材料包括兩種以上的增強(qiáng)相 其中包括在混雜的纖維增強(qiáng)相中加入顆粒填料 基體也可以用共混高聚物等 近來(lái)出現(xiàn)的最典型的例子是鋁板和纖維 樹脂復(fù)合材料交替疊層的復(fù)合材料 也稱為超混雜復(fù)合材料 這種超混雜復(fù)合材料具有優(yōu)異耐疲勞性能和高模量 3 由結(jié)構(gòu)復(fù)合材料為主向功能復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)功能一