先进复合材料的发展和展望.ppt

先进复合材料的发展及展望 目录 先进复合材料的介绍 先进复合材料的发展 先进复合材料的发展前景 Part one：先进复合材料的介绍 先进复合材料的介绍 先进复合材料(ACM)：专指可用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。目前主要指有较高强度和模量的硼纤维、碳纤维、芳纶等增强的复合材料。ACM在航空航天等军事上的应用价值特别大。比如，军用飞机和卫星，要又轻又结实；军用舰船，要又耐高压又耐腐蚀。这些苛刻的要求，只有借助新材料技术才能解决。ACM具有质量轻，较高的比强度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀、导热、隔热、隔音、减振、耐高（低）温，独特的耐烧蚀性、透电磁波，吸波隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点。 先进复合材料的介绍 先进复合材料的分类： 聚合物基复合材料：基体是塑料，常使用的有尼龙、聚碳酸醋、聚乙烯、聚丙烯、环氧、酚醛有机硅树脂等品种。 金属基复合材料：是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。 无机非金属材料基复合材料：是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。 先进复合材料的介绍 先进复合材料的应用： 复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。因而有人预言，21世纪是复合材料的时代。 Part two：先进复合材料的发展 先进复合材料的发展 经过20世界60年代末期使用，树脂基高性能复合材料被用于飞机的承力结构，后又逐渐进入工业其他领域。70年代末期发展出了用高强度、高模量的耐热碳纤维和陶瓷纤维与金属复合，特别是鱼轻金属复合，形成了金属基复合材料，克服了树脂基复合材料耐热性差、导热性低等缺点，已广泛应用于航空航天等高科技领域。80年代开始，逐渐出现了陶瓷复合材料。复合材料因其具有可设计的特点受到广泛的重视，因而发展极快。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上。 Part three：先进复合材料的发展前景 先进复合材料的发展前景 先进复合材料的发展前景： 低成本：制造成本大约占复合材料之间总成本的80%左右，所以低成本复合材料技术的核心是低成本制造技术。 高性能：性能是评价材料的重要标准，国防先进武器装备和国民经济高技术的发展， 都要求进一步提高复合材料的性能， 进一步提高比强度、比模量。 多功能化：高技术的发展要求材料不再是单一的结构材料或功能材料，成为未来发展的核心。 智能化：智能材料与结构的出现是由于结构材料、功能材料和微电子工业的发展，是三者结合的产物。未来的复合材料将更注重智能性。 先进复合材料的发展前景 低成本： （1）自动化制造技术：该技术可节省时间、速度较手工铺层提高10倍，且节省原材料，提高之间精度、质量，有效的降低了成本。 （2）以固化/共胶接为核心的大面积整体成型技术：大面积整体成型课大大减少零件数目，减少紧固件数目，减轻结构质量，降低连接和装配成本，从而有效的降低了总成本。 （3）罐外成型技术：热压罐法成型时目前航空航天制件最主要的成型工艺方法，但其设备成本高、生产周期长、能源消耗大，故其生产成本高。为降低制造成本，人们在努力寻求热压罐外成型方法。 先进复合材料的发展前景 高性能： 90年代先进复合材料大部分是采用T300 类型的碳纤维和环氧树脂件作为基体，这一类T300环氧复合材料的性能不能满足高技术发展的要求， 特别是设计许用值较低，一般在3000LE, CAI也较低，一般在200MPa 以下。而高技术发展，例如：新一代战斗机和新一代战略核武器等， 要求设计许用值达到6000LE左右，CAI值则要求达到300MPa以上。碳纤维的性能是决定先进复合材料性能的关键因素。为此， 各国都致力提高改进碳纤维性能。 先进复合材料的发展前景 多功能化： 传统的材料科学与工程把材料划分为两大类，