复合材料第讲.ppt

复合材料的应用; 金属基复合材料 一、金属基复合材料的工程特性 1. 刚度的增强（最诱人的特性之一） 工程部件避免使用中的过度弹性变形 使用性能主要取决于刚度的实例：主动轴、仪表架、自行车主架、三叉戟导弹的惯性导向球等 双体船“美国之帆”的交叉悬臂，长10m，具有高的比刚度及有抗两段单独弯曲的能力。; 金属基复合材料应用于刚度作为关键性能的最早的例子之一：美国航天穿梭机。 在它的货舱段构架的一个结构件是用60%硼单纤维增强的Al基复合材料制造的。300个这种支撑杆承载着航天穿梭机货舱，这种结构重量很轻，刚度很高。 另，在新式高速列车车厢具有更严格的动力稳定性要求，刚度是关键。; 刚度是汽车车身设计的指标，刚度是指在施加不致于毁坏车身的普通外力时车身不容易变形的能力，也就是指恢复原形的弹性变形能力。; 汽车在行驶过程中受到各种外力影响会产生变形，变形程度小就是刚度好，一般情况刚度好强度也好。刚度差的汽车，行驶在不平路面上就容易发出嘎吱嘎吱的响声。轿车车身立柱的刚度很大程度上决定了车身的整体刚度，因此在整个车身结构中，立柱是关键件，它要有很高的刚度。;“神舟”六号载人飞船“防护颈托”： 航天员在着陆冲击过程中最容易受损伤的部位是颈椎，防护颈托就是为保护航天员颈椎安全而设计的特殊吸能装置。看起来不大的防护颈托，却是一个技术难度很大的项目。它要求材料性能既要有高刚度，同时要具备低强度、高延伸率特性，但至今也没有一种材料能同时满足以上两个要求。 ; 该项目由哈工大金属基复合材料工程技术研究所负责，在所长武高辉教授主持下组成了6人攻关小组。攻关小组先后试验验证并筛选了25种技术方案，进行各种测试试验300余次，逐次攻破了材料设计与结构设计、成型等关键技术难题，最终在规定时间内，研制出了样品。;;2 强度的增强 通过复合使强度大大提高 抗疲劳能力提高 延性下降 应用例：飞机的降落齿轮，要求材料轻，强度高，并有抗低频机械疲劳的能力（现普通采用Ti-6Al-4V) ;3. 抗蠕变能力的增强 长纤??强化效果好 应用例：喷气式汽轮发动机，以轻质材料取代镍基高温合金叶片和涡轮盘，可选用长纤维强化的钛（但钛的严重缺陷正是抗蠕变能力低，但加入长纤维后肯定能大大改善） 。;4. 耐磨性能的增加 在基体中加入增强体后，可使磨损率下降至基体的1/10 为了使表面具有好的耐磨性，其它区域仍有高的韧性、强度和导热性，控制增强体的分布（梯度、表面处理等）是有益的。 应用例：柴油机活塞，增强的铝合金比未增强的，磨损率下降至原来的1/5 。 ;5. 降低密度 Ni基合金中加入陶瓷纤维或颗粒 密度降低的同时，不损失强度、抗蠕变、抗腐蚀、韧性 问题：在高温下使用很难避免界面反应，由此引起脆性增加。 Pb电极：高密度是一个据点，加入增强体则可改善，但要注意污染的影响。 碳纤维增强铜电缆。;6. 热膨胀的控制;复合材料第讲;二、 实例分析;火箭仪器仓;火箭低温箱; 　　 发汗冷却材料，是一种能“出汗”的金属材料，这种金属材料在使用于超高温工作环境下仍具有良好的机械性能和物理化学性能，以满足高温工作部件的使用要求。; 发汗冷却，有自发汗冷却和强迫发汗冷却。 自发汗冷却多见于粉末冶金材料制品。是通过加入基材内的低熔点金属粉末颗粒，在高温下气化蒸发带走基材热量以达到材料降温的目的。; 强迫发汗冷却，是一种复合冷却技术。由发汗冷却和气膜冷却两种冷却技术形式组成。首先把材料制成多孔材料部件。在工作过程中液体料在高压下从部件材料的“汗孔”渗出蒸发以带走部件基体的热量使部件降温，同时由于部件“汗孔”渗出的液体燃料在高温高速燃气流动力的作用下，在部件表面形成薄薄的一层冷气膜，这层冷气膜把高温燃烧的火焰与部件材料表面隔开。这就达到了部件材料的冷却降温和保证部件不被高温燃烧的火焰烧蚀的目的。经过实践应用，经受住了考核，比较成功地完成了远程导弹和卫星运载工具的发射工作。;火箭尾喷管喉衬 3000度以上高温、气速1000m/s、经受固体颗粒冲刷;复合材料第讲;; 先将高熔点金属（钨：熔点3410℃）制成骨架，再渗入低熔点金属（铜：熔点1083℃、沸点2595℃），制备成复合材料。使用时利用铜的熔化与汽化带走大量的热，使尾喷管喉衬的温度维持在钨骨架所能够承受的温度之下。; Al合金/Al2O3短纤维;Al合金/20%Al2O3颗粒; 设备架; 制动器转盘;自行车体;复合材料第讲; 发动机缸体; 宇航望远镜;微电子器件的基座; 飞机发动机部件; 陶瓷基复合材料的应用;2. 氧化物基复