《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

1、.第十五章復(fù)合材料的 應(yīng)用和發(fā)展.復(fù)合材料的應(yīng)用和發(fā)展復(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、文體用品以及國防軍工等各個(gè)領(lǐng)域。近20年以來，先進(jìn)復(fù)合材料（ACM）更是迅速發(fā)展，1989年ACM 的需求量為萬噸（相當(dāng)于39億美元），2000

2、年超過萬噸，2010年12萬噸。目前全球復(fù)合材料產(chǎn)量約為820萬噸.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、米長的遙控器機(jī)械臂等，其中僅艙門就使用聚合物基復(fù)合材料1452kg。美、歐國家的衛(wèi)星廣泛使用聚合物基

3、復(fù)合材料，使其結(jié)構(gòu)重量不到總重量的10%。 .圖14-1 FRP 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%；美國先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)（ATF）則接近40%；估計(jì)美國B-2戰(zhàn)略隱身轟炸機(jī)的使用量高達(dá)18 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)

4、和顯著特點(diǎn)就是全復(fù)合材料化，并賦予隱身性能。我國的先進(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14-2 FRP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，

5、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?？捎米鲕嚿怼Ⅱ?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

6、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

7、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)

8、用的最著名例子就是美國航天飛機(jī)主倉承力桁架、（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。美國航天飛機(jī)主倉承力桁架使用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

9、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

10、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14-4 C/C復(fù)合材料在航天飛機(jī)上應(yīng)用部位示意圖.圖14-6 C/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

11、。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

12、金屬材料力學(xué)性能比較，復(fù)合材料的力學(xué)性能取決復(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)。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。 .材 料增強(qiáng)相體積比Vol%密 度g/cmP3P拉伸強(qiáng)度MPa彈性模量GPa比強(qiáng)度MPa g/cmP3P比模量GPa g/cmP3P鋁 合 金2.7839372141.325.9結(jié) 構(gòu) 鋼7.8541320626.37.85鈦 合 金4.52712116.7157.525.8GF /聚酯602.0124548.262324.1CF (高強(qiáng)) /EP601.451471137.3101494.7

13、CF (高模) /EP601.601049235656146.9有機(jī)纖維/EP601.4137378.498156.0BF / EP502.01323207661.5103.5CF / 聚酰亞胺501.56130011283372.SiCF(CVD)/Mg503.1133123042974CF /Al352.480015033362.5BF / Al502.6150022057684SiCF(CVD)/Al502.85150023052681(Nicalon)/Al402.690011034642Al2O3(FP) /Al503.365022019767SiCw/ Al202.86201382

14、2149SiCp / Al202.851010018236BF /Ti453.7150022040559SiCF(CVD)/Ti354.0175023043757.5TiCP/Ti-6-420959139.1-2 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 300C以下 金屬基復(fù)合材料：鋁、鎂基復(fù)合材料 300C 鈦合金基復(fù)合材料 650C 金屬間化合物基復(fù)合材料 1000C 高溫合金基復(fù)合材料 1200C 陶瓷基復(fù)合材料 1500C 碳/碳復(fù)合材料 1800C。. 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

15、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 5 0 65 W/ m K； 陶瓷基復(fù)合材料 0.7 3.5 W/ m K; 樹脂基復(fù)合材 料 0.35 0.45 W/ m K 。.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)

16、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300C，工藝裝置相對(duì)簡單，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)1000C，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1200C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 近年來熱塑性聚合物以其高韌性、貯存期長、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

17、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。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)

18、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，獲得無缺陷或無有害缺陷陶瓷。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Ti3 SiC2集金屬和陶瓷的性能于一體，具

19、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。Ti3 SiC2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。

20、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)角度來講，可能用于增強(qiáng)鈦鋁金屬間化合

21、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： 近年來熱塑性聚合物以其高韌性、貯存期長、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

22、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

23、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。 .英國在國防研究署支持下，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14-8 Ti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)重要研究內(nèi)容。為此許多西方國家，如美國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

24、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：近年來碳/碳復(fù)合材料的制備工藝取得了新的突破。如中國科學(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、

25、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機(jī)/無機(jī)和無機(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