《復(fù)合加工》課件

復(fù)合加工復(fù)合加工是一種制造技術(shù)，將兩種或多種材料結(jié)合在一起，以獲得改進(jìn)的性能或功能。課程介紹課程目標(biāo)本課程旨在使學(xué)生掌握復(fù)合加工的基本知識(shí)和技能，了解復(fù)合材料的分類(lèi)、特點(diǎn)、性能以及應(yīng)用，并培養(yǎng)學(xué)生的復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制造能力。授課內(nèi)容課程內(nèi)容包括復(fù)合材料的概述、分類(lèi)、特點(diǎn)、性能測(cè)試、制備工藝、應(yīng)用領(lǐng)域以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)等。教學(xué)方法本課程采用課堂講授、案例分析、實(shí)驗(yàn)操作等多種教學(xué)方法，并結(jié)合實(shí)際工程案例，使學(xué)生更好地理解和掌握復(fù)合加工知識(shí)。復(fù)合加工的定義與特點(diǎn)材料協(xié)同復(fù)合加工通過(guò)結(jié)合不同材料的優(yōu)勢(shì)，例如強(qiáng)度、耐熱性、輕量化，創(chuàng)造出性能優(yōu)越的新材料。性能提升復(fù)合材料的協(xié)同效應(yīng)使產(chǎn)品性能得到顯著提升，例如提高強(qiáng)度、耐用性、抗疲勞性，滿足各種應(yīng)用需求。結(jié)構(gòu)優(yōu)化復(fù)合加工允許設(shè)計(jì)更復(fù)雜、更輕盈的結(jié)構(gòu)，例如飛機(jī)機(jī)翼、汽車(chē)車(chē)身，從而提高效率和節(jié)約成本。復(fù)合加工的分類(lèi)按材料分類(lèi)金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料、納米復(fù)合材料。按結(jié)構(gòu)分類(lèi)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、層狀復(fù)合材料、夾層復(fù)合材料。按應(yīng)用分類(lèi)航空航天復(fù)合材料、汽車(chē)復(fù)合材料、建筑復(fù)合材料、電子復(fù)合材料。按制備工藝分類(lèi)熱壓成型、澆注成型、纏繞成型、真空成型、預(yù)浸料法。常見(jiàn)的復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料以金屬為基體，增強(qiáng)相為金屬、陶瓷或纖維。例如，鋁合金增強(qiáng)碳纖維。陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料以陶瓷為基體，增強(qiáng)相為金屬、陶瓷或纖維。例如，氧化鋁增強(qiáng)碳化硅。聚合物基復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料以樹(shù)脂為基體，增強(qiáng)相為纖維。例如，玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂。納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料至少有一種組分尺寸小于100納米。例如，納米碳管增強(qiáng)樹(shù)脂。復(fù)合材料的優(yōu)缺點(diǎn)11.優(yōu)異的性能復(fù)合材料通常具有高強(qiáng)度、高剛度、高韌性和耐腐蝕性，這使得它們?cè)谠S多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。22.輕量化優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)金屬材料相比，復(fù)合材料重量更輕，這對(duì)于航空航天、汽車(chē)等行業(yè)具有重要意義，可以提高燃油效率和性能。33.設(shè)計(jì)靈活性復(fù)合材料可以通過(guò)不同的材料組合和加工工藝，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)和制造，滿足各種應(yīng)用需求。44.成本較高復(fù)合材料的制備工藝比較復(fù)雜，成本相對(duì)較高，這限制了其在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料是指以金屬為基體，通過(guò)加入其他材料如陶瓷、碳纖維等增強(qiáng)相而制成的復(fù)合材料。這類(lèi)材料具有金屬的良好導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，同時(shí)還具有增強(qiáng)相帶來(lái)的高強(qiáng)度、高模量、耐磨損、耐高溫等優(yōu)異性能。陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料以陶瓷為基體，增強(qiáng)相可以是金屬、碳纖維、陶瓷纖維等。陶瓷基復(fù)合材料的強(qiáng)度、硬度、耐熱性和耐磨性都比陶瓷材料高。陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用于高溫、高強(qiáng)度、耐腐蝕環(huán)境，例如航天、航空、能源等領(lǐng)域。陶瓷基復(fù)合材料是現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分，隨著技術(shù)的發(fā)展，陶瓷基復(fù)合材料的性能和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。聚合物基復(fù)合材料纖維增強(qiáng)塑料玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等增強(qiáng)材料。橡膠增強(qiáng)塑料增強(qiáng)橡膠，提高復(fù)合材料的強(qiáng)度、剛度和耐磨性。樹(shù)脂熱固性樹(shù)脂和熱塑性樹(shù)脂等，賦予復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體性。納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料是指在基體材料中加入納米尺度的粒子或纖維，以增強(qiáng)材料性能的復(fù)合材料。這些納米粒子通常具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，例如高表面積、量子效應(yīng)和表面活性，從而賦予復(fù)合材料新的性能。納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、熱性能、電性能和光學(xué)性能，在航空航天、汽車(chē)制造、電子設(shè)備、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。復(fù)合材料的制備工藝1材料準(zhǔn)備選擇合適的原材料，并根據(jù)需要進(jìn)行預(yù)處理2成型將材料制成所需的形狀，例如熱壓成型、澆注成型等3固化通過(guò)熱固化、冷固化等工藝，使材料固化成型4后處理對(duì)成品進(jìn)行加工處理，例如切割、打磨等復(fù)合材料的制備工藝涉及多種步驟，從材料的選擇、成型到固化、后處理，每個(gè)步驟都至關(guān)重要。不同的復(fù)合材料需要不同的制備工藝，例如熱壓成型法、澆注法、纏繞成型法等熱壓成型法模具熱壓成型法使用模具將復(fù)合材料壓制成所需的形狀。高溫高壓在高溫高壓下，復(fù)合材料中的樹(shù)脂固化，形成堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。均勻壓力熱壓成型法需要施加均勻的壓力，以確保復(fù)合材料的致密性。澆注法基本原理將液體樹(shù)脂混合物倒入模具中，使樹(shù)脂固化成型。優(yōu)點(diǎn)形狀靈活生產(chǎn)效率高成本較低缺點(diǎn)尺寸精度有限表面質(zhì)量不穩(wěn)定纏繞成型法纖維纏繞將預(yù)浸料或纖維連續(xù)纏繞在模具上，形成所需的形狀。適用于制造各種形狀的復(fù)合材料部件，例如管道、儲(chǔ)罐、風(fēng)機(jī)葉片等。樹(shù)脂固化纏繞完成后，將樹(shù)脂固化，使纖維和樹(shù)脂緊密結(jié)合在一起。固化過(guò)程通常需要加熱和加壓，以確保樹(shù)脂完全固化。真空成型法11.材料加熱將預(yù)浸料或樹(shù)脂片材置于模具中，加熱至樹(shù)脂軟化狀態(tài)。22.真空吸附使用真空泵抽取模具內(nèi)空氣，使軟化的材料貼合模具表面。33.冷卻固化冷卻模具，使樹(shù)脂固化，形成最終的復(fù)合材料產(chǎn)品。44.脫模冷卻后，從模具中取出復(fù)合材料產(chǎn)品。預(yù)浸料法預(yù)浸料定義預(yù)浸料是指將樹(shù)脂浸漬到增強(qiáng)纖維中，然后經(jīng)過(guò)固化處理得到的半成品。預(yù)浸料優(yōu)勢(shì)預(yù)浸料具有良好的可加工性，可以方便地進(jìn)行鋪層和成型，提高產(chǎn)品質(zhì)量。復(fù)合材料的性能測(cè)試1機(jī)械性能測(cè)試復(fù)合材料的機(jī)械性能測(cè)試包括拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度等。2熱性能測(cè)試熱性能測(cè)試包括玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱膨脹系數(shù)、熱穩(wěn)定性等指標(biāo)。3耐腐蝕性能測(cè)試耐腐蝕性能測(cè)試包括材料在不同環(huán)境下的腐蝕速率、腐蝕形態(tài)等。機(jī)械性能測(cè)試強(qiáng)度測(cè)試測(cè)試材料抵抗斷裂或變形的能力。硬度測(cè)試測(cè)試材料抵抗表面壓痕的能力。韌性測(cè)試測(cè)試材料承受變形而不斷裂的能力。疲勞測(cè)試測(cè)試材料在反復(fù)載荷作用下的抗斷裂能力。熱性能測(cè)試熱穩(wěn)定性高溫或低溫下材料的尺寸穩(wěn)定性、強(qiáng)度和抗變形能力。熱傳導(dǎo)率材料傳遞熱量的能力，影響熱量散失和溫度控制。熱膨脹系數(shù)溫度變化下材料體積變化程度，影響材料的尺寸穩(wěn)定性和與其他材料的配合。耐熱性材料在高溫環(huán)境中抵抗降解或失效的能力，影響其在高溫應(yīng)用中的使用壽命。耐腐蝕性能測(cè)試11.浸泡法將復(fù)合材料樣品浸泡在腐蝕性介質(zhì)中，觀察材料表面腐蝕情況。22.電化學(xué)測(cè)試通過(guò)電化學(xué)方法測(cè)定復(fù)合材料的腐蝕電位、腐蝕電流密度等參數(shù)。33.鹽霧試驗(yàn)?zāi)M海洋環(huán)境，評(píng)估復(fù)合材料在鹽霧環(huán)境下的耐腐蝕性能。44.腐蝕速率測(cè)試通過(guò)測(cè)量材料的腐蝕深度或重量損失，計(jì)算腐蝕速率。電磁性能測(cè)試磁性測(cè)試評(píng)估復(fù)合材料的磁導(dǎo)率、磁滯回線等磁性能指標(biāo)，用于設(shè)計(jì)磁性材料。電磁屏蔽測(cè)試評(píng)估復(fù)合材料對(duì)電磁輻射的屏蔽效果，廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備和通信領(lǐng)域。介電性能測(cè)試測(cè)試復(fù)合材料的介電常數(shù)、介電損耗角正切等參數(shù)，應(yīng)用于電氣絕緣材料的設(shè)計(jì)。復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域航空航天復(fù)合材料重量輕、強(qiáng)度高、耐高溫，非常適合用于飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼和尾翼等關(guān)鍵部件。汽車(chē)工業(yè)復(fù)合材料應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身、底盤(pán)和內(nèi)飾，可以減輕車(chē)身重量，提高燃油效率。體育用品復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、耐沖擊、輕便的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于球拍、自行車(chē)等體育用品。電子電器復(fù)合材料用于手機(jī)、電腦、電視等電子產(chǎn)品的外殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以提高產(chǎn)品耐用性。航空航天復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用例如，機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、機(jī)艙等結(jié)構(gòu)部件。復(fù)合材料的輕質(zhì)高強(qiáng)特性有助于減輕飛機(jī)重量，提高燃油效率，并降低運(yùn)營(yíng)成本。復(fù)合材料的耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞等特性也使其成為航空航天領(lǐng)域的理想材料復(fù)合材料的使用可以延長(zhǎng)飛機(jī)的使用壽命，提高飛機(jī)的安全性和可靠性。汽車(chē)工業(yè)車(chē)身輕量化復(fù)合材料的應(yīng)用可以顯著降低汽車(chē)重量，提高燃油效率，減少排放。內(nèi)飾材料復(fù)合材料可以制成輕便、耐用、美觀的汽車(chē)內(nèi)飾部件，提升乘坐舒適度和安全性。發(fā)動(dòng)機(jī)部件復(fù)合材料在發(fā)動(dòng)機(jī)罩、進(jìn)氣歧管等部件的應(yīng)用，可提高耐熱性和耐腐蝕性。底盤(pán)強(qiáng)化復(fù)合材料可以增強(qiáng)底盤(pán)剛度和強(qiáng)度，提高車(chē)輛操控穩(wěn)定性和行駛安全性能。體育用品輕量化復(fù)合材料輕質(zhì)且強(qiáng)度高，適合制作運(yùn)動(dòng)器材，例如高爾夫球桿、網(wǎng)球拍和自行車(chē)。耐用性復(fù)合材料耐用性好，抗沖擊和耐磨損，可延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)器材的使用壽命，例如滑雪板和溜冰鞋。個(gè)性化復(fù)合材料可以定制顏色和圖案，滿足運(yùn)動(dòng)員個(gè)性化需求，例如運(yùn)動(dòng)服和護(hù)具。功能性復(fù)合材料可提高運(yùn)動(dòng)器材的性能，例如跑步鞋的減震和透氣性，提高運(yùn)動(dòng)效率。電子電器手機(jī)手機(jī)殼、電池、顯示屏等部件使用復(fù)合材料，輕便耐用。筆記本電腦外殼、鍵盤(pán)、散熱器等部件使用復(fù)合材料，增強(qiáng)耐用性和輕量化。電視機(jī)機(jī)身、底座、面板等部件使用復(fù)合材料，輕薄堅(jiān)固，提高性能。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)1高性能復(fù)合材料不斷探索更輕、更強(qiáng)、更耐高溫的材料，滿足航空航天等領(lǐng)域需求。2智能復(fù)合材料集成傳感器、執(zhí)行器等功能，實(shí)現(xiàn)自感知、自修復(fù)等智能特性。3綠色環(huán)保復(fù)合材料采用可再生資源、生物基材料等，降低環(huán)境污染，提高可持續(xù)性。高性能復(fù)合材料強(qiáng)度高高性能復(fù)合材料的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)材料，例如鋼材，鋁合金等。這使它們成為航空航天、汽車(chē)制造等領(lǐng)域的理想選擇。重量輕它們具有非常高的強(qiáng)度重量比，這意味著它們可以在保持高強(qiáng)度的情況下實(shí)現(xiàn)更輕的重量。耐腐蝕高性能復(fù)合材料能夠抵御各種腐蝕性物質(zhì)的侵蝕，例如酸、堿、鹽等，因此它們特別適合于在惡劣環(huán)境中使用。耐高溫一些高性能復(fù)合材料能夠承受高溫環(huán)境，例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)等。智能復(fù)合材料自修復(fù)功能智能復(fù)合材料可通過(guò)自我修復(fù)機(jī)制修復(fù)輕微損傷，延長(zhǎng)使用壽命，提高安全性。傳感功能嵌入式傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料狀態(tài)，監(jiān)測(cè)應(yīng)力、溫度等參數(shù)，提供預(yù)警信息，避免潛在風(fēng)險(xiǎn)。智能控制智能復(fù)合材料可與智能系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)自身結(jié)構(gòu)和性能的主動(dòng)控制，提高材料效率和適應(yīng)性。綠色環(huán)保復(fù)合材料1可再生資源植物纖維、生物基樹(shù)脂、回收塑料等可再生資源，降低