復(fù)合材料及其成型技術(shù)演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三復(fù)合材料及其成型技術(shù)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三一、復(fù)合材料定義第一節(jié)什么是復(fù)合材料從廣義上講，復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同化學(xué)性質(zhì)的組分組合而成的材料。但在現(xiàn)代材料學(xué)界中，復(fù)合材料專指由兩種或兩種以上不同相態(tài)的組分所組成的材料。復(fù)合材料可定義為：用經(jīng)過選擇的、含一定數(shù)量比的兩種或兩種以上的組分（或稱組元），通過人工復(fù)合、組成多相、三維結(jié)合且各相之間有明顯界面的、具有特殊性能的材料?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三史上最牛的釘子戶我們住在復(fù)合材料里復(fù)合材料無(wú)所不在！現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三木質(zhì)素纖維素樹木也是一種復(fù)合材料現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三燕子窩：泥土—草復(fù)合材料現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三進(jìn)化的復(fù)合材料-海膽牙齒進(jìn)化的復(fù)合材料-貝殼現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三玻璃鋼冷卻塔復(fù)合材料－玻璃鋼現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三玻璃纖維增強(qiáng)風(fēng)機(jī)葉片現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三玻璃鋼材料的汽車前保險(xiǎn)杠玻璃鋼游艇現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三1.機(jī)車導(dǎo)流罩

2.司機(jī)室

3.外頂板

4.上頂板和下層地板

5.內(nèi)墻板

6.通過臺(tái)

7.衛(wèi)生間

8.外部門板

9.設(shè)備保護(hù)外殼

10.內(nèi)板家具和座椅

11.行李箱

12.內(nèi)板隔板和門板玻璃鋼/復(fù)合材料在軌道交通車輛中的應(yīng)用現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三A380復(fù)合材料的使用比例為22%，A340-600的比例為12%?，F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三1997年服役，目前世界性能最佳的制空戰(zhàn)機(jī)之一

55%機(jī)身采用高強(qiáng)度、低重量的復(fù)合材料現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三美國(guó)F/A-18殲擊機(jī)美UH－60A型直升飛機(jī)現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三B-777上用的先進(jìn)材料現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三

復(fù)合材料具有質(zhì)量輕，較高的比張度、比模量、較好的延展性、抗腐蝕、導(dǎo)熱、隔熱、隔音、減振、耐高(低)溫，獨(dú)特的耐燒蝕性、透電磁波，吸波隱蔽性、材料性能的可設(shè)計(jì)性、制備的靈活性和易加土性等特點(diǎn)，被大量地應(yīng)用到航空航天等軍事領(lǐng)域中，是制造飛機(jī)、火箭、航天飛行器等軍事武器的理想材料。二、復(fù)合材料的特點(diǎn)現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三三、復(fù)合材料的意義

現(xiàn)代高科技的發(fā)展更是離不開復(fù)合材料。例如：火箭殼體材料對(duì)射程的影響， 飛行器減輕一公斤所取得的經(jīng)濟(jì)效益與飛行速度航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料發(fā)展預(yù)測(cè)如下現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三四、復(fù)合材料的分類復(fù)合材料種類繁多，目前尚無(wú)統(tǒng)一的分類方法。復(fù)合材料性能高低常用復(fù)合材料先進(jìn)復(fù)合材料用途結(jié)構(gòu)復(fù)合材料功能復(fù)合材料現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的分類：按基體相的性質(zhì)分聚合物基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料水泥基復(fù)合材料碳基復(fù)合材料熱固性樹脂基熱塑性樹脂基橡膠基高溫陶瓷基玻璃基玻璃陶瓷基輕金屬基高熔點(diǎn)金屬基金屬間化合物基現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三按增強(qiáng)體的形態(tài)分疊層式復(fù)合材料片材增強(qiáng)復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料人工晶片天然片狀物微米顆粒納米顆粒不連續(xù)纖維復(fù)合材料連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料晶須增強(qiáng)復(fù)合材料短切纖維增強(qiáng)復(fù)合材料單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料二維織物增強(qiáng)復(fù)合材料三維織物增強(qiáng)復(fù)合材料現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三復(fù)合材料及其增強(qiáng)相的各種形態(tài)纖維狀顆粒狀層狀片狀填充狀現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三第二節(jié)金屬基復(fù)合材料概述

金屬基復(fù)合材料相對(duì)于傳統(tǒng)的金屬材料來說，具有較高的比強(qiáng)度與比剛度。而與樹脂基復(fù)合材料相比，它又具有優(yōu)良的導(dǎo)電性與耐熱性。與陶瓷基材料相比，它又具有高韌性和高沖擊性能。

金屬基復(fù)合材料的這些優(yōu)良的性能決定了它已從誕生之日起就成了新材料家族中的重要一員，它已經(jīng)在一些領(lǐng)域里得到應(yīng)用并且其應(yīng)用領(lǐng)域正在逐步擴(kuò)大。現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三一、金屬基復(fù)合材料的分類金屬基復(fù)合材料是以金屬為基體，以高強(qiáng)度的第二相為增強(qiáng)體而制得的復(fù)合材料。因此，對(duì)這種材料的分類既可按用途來進(jìn)行、按基體來進(jìn)行、也可按增強(qiáng)體來進(jìn)行。1.按用途分類按用途結(jié)構(gòu)復(fù)合材料功能復(fù)合材料現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三2.按基體分類鋁基復(fù)合材料鎳基復(fù)合樹樹鈦基復(fù)合材料按基體(1)鋁基復(fù)合材料這是在金屬基復(fù)合材料中應(yīng)用得最廣的一種。由于鋁的基體為面心立方結(jié)構(gòu)，因此具有良好的塑性和韌性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，為其在工程上應(yīng)用創(chuàng)造了有利的條件?，F(xiàn)在是24頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三在制造鋁基復(fù)合材料時(shí)，通常并不是使用純鋁而是用各種鋁合金。這主要是由于與純鋁相比，鋁合金具有更好的綜合性能。至于選擇何種鋁合金做基體，則根據(jù)實(shí)際中對(duì)復(fù)合材料的性能需要來決定?，F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三(2)鎳基復(fù)合材料這種復(fù)合材料是以鎳及鎳合金為基體制造的。由于鎳的高溫性能優(yōu)良，因此這種復(fù)合材料主要是用于制造高溫下工作的零部件。人們研制鎳基復(fù)合材料的一個(gè)重要目的，即是希望用它來制造燃汽輪機(jī)的葉片，從而進(jìn)一步提高燃汽輪機(jī)的工作溫度。但目前由于制造工藝及可靠性等問題尚未解決，所以還未能取得滿意的結(jié)果?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三(3)鈦基復(fù)合材料

鈦比任何其它的結(jié)構(gòu)材料具有更高的比強(qiáng)度。此外，鈦在中溫時(shí)比鋁合金能更好地保持其強(qiáng)度。因此，對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)來說，當(dāng)速度從亞音速提高到超音速時(shí)，鈦比鋁合金顯示出了更大的優(yōu)越性。隨著速度的進(jìn)一步加快，還需要改變飛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用更細(xì)長(zhǎng)的機(jī)冀和其它冀型，為此需要高剛度的材料，而纖維增強(qiáng)鈦恰可滿足這種對(duì)材料剛度的要求?，F(xiàn)在是27頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三基體和增強(qiáng)體的熱膨脹系數(shù)

鈦基復(fù)合材料中最常用的增強(qiáng)體是硼纖維，這是由于鈦與硼的熱膨脹系數(shù)比較接近，如下表所示?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三3.按增強(qiáng)體分類纖維增強(qiáng)復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料層狀復(fù)合材料按增強(qiáng)體(1)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料中的纖維根據(jù)其長(zhǎng)度的不同可分為長(zhǎng)纖維、短纖維和晶須，它們均屬于一維增強(qiáng)體。因此，由纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料均表現(xiàn)出明顯的各向異性特征。現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三當(dāng)韌性金屬基體用高強(qiáng)度脆性纖維增強(qiáng)時(shí)，基體的屈服和塑性流動(dòng)是復(fù)合材料性能的主要特征，但纖維對(duì)復(fù)合材料彈性模量的增強(qiáng)具有相當(dāng)大的作用。

(2)顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料這里的顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料是指彌散的硬質(zhì)增強(qiáng)相的體積超過20％的復(fù)合材料，而不包括那種彌散質(zhì)點(diǎn)體積比很低的彌散強(qiáng)化金屬。分為外加和內(nèi)生兩種。現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三(3)層狀復(fù)合材料這種復(fù)合材料是指在韌性和成型性較好的金屬基體材料中，含有重復(fù)排列的高強(qiáng)度、高模量片層狀增強(qiáng)物的復(fù)合材料。

層狀復(fù)合材料的強(qiáng)度和大尺寸增強(qiáng)物的性能比較接近，而與晶須或纖維類小尺寸增強(qiáng)物的性能差別較大。因?yàn)樵鰪?qiáng)薄片在二維方向上的尺寸相當(dāng)于結(jié)構(gòu)件的大小，因此增強(qiáng)物中的缺陷可以成為長(zhǎng)度和構(gòu)件相同的裂紋的核心。現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三由于薄片增強(qiáng)的強(qiáng)度不如纖維增強(qiáng)相高，因此層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的強(qiáng)度受到了限制。然而，在增強(qiáng)平面的各個(gè)方向上，薄片增強(qiáng)物對(duì)強(qiáng)度和模量都有增強(qiáng)效果，這與纖維單向增強(qiáng)的復(fù)合材料相比具有明顯的優(yōu)越性。現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三二、金屬基復(fù)合材料特性

復(fù)合材料是由多種組分的材料組成，許多性能優(yōu)于單一組分的材料。1.高比強(qiáng)度、高比模量（剛度）比強(qiáng)度=強(qiáng)度/密度MPa/（g/cm3）比模量=模量/密度GPa/（g/cm3）Ａ、增強(qiáng)體或者基體是比重小的物質(zhì)，或兩者的比重都不高，且都不是完全致密的；Ｂ、增強(qiáng)體多是強(qiáng)度很高的纖維。比強(qiáng)度比較碳纖維\樹脂硼纖維\樹脂玻璃纖維\樹脂鈦鋼鋁現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三例如，普通碳鋼的密度為7.8g/cm3。玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的密度為1.5～2.0g/cm3，只有普通碳鋼的1/4～1/5，比鋁合金還要輕1/３左右，而機(jī)械強(qiáng)度卻能超過普通碳鋼的水平。若按比強(qiáng)度計(jì)算，玻璃纖維增強(qiáng)的樹脂基復(fù)合材料不僅超過碳鋼，而且可超過某些特殊合金綱。

碳纖維復(fù)合材料、有機(jī)纖維復(fù)合材料具有比玻璃纖維復(fù)合材料更低的密度和更高的強(qiáng)度，因此具有更高的比強(qiáng)度?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三

復(fù)合材料的比模量大，故自振頻率也高，可避免構(gòu)件在工作狀態(tài)下產(chǎn)生共振。纖維與基體界面有吸收振動(dòng)能量的作用，所以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有很好的減振性能。2.熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好

加入增強(qiáng)體到基體材料中不僅可以提高材料的強(qiáng)度和剛度，而且可以使其熱膨脹系數(shù)明顯下降。通過改變復(fù)合材料中增強(qiáng)體的含量，可以調(diào)整復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三3.良好的高溫性能目前：聚合物基復(fù)合材料的最高耐溫上限為350C；金屬基復(fù)合材料按不同的基體性能，其使用溫度在3501100C范圍內(nèi)變動(dòng)；陶瓷基復(fù)合材料的使用溫度可達(dá)1400C；碳/碳復(fù)合材料的使用溫度最高可達(dá)2800C。

不同SiC纖維復(fù)合材料的使用溫度范圍。現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三4.良好的疲勞性能和斷裂韌度

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料對(duì)缺口及應(yīng)力集中的敏感性小，纖維與基體界面能阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，改變裂紋擴(kuò)展的方向。循環(huán)次數(shù)應(yīng)力碳纖維復(fù)合材料玻璃鋼鋁合金

復(fù)合材料具有較高的疲勞強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)表明：σr＝70～80％σb，而鋼的疲勞強(qiáng)度只有抗拉強(qiáng)度的40～50％。纖維復(fù)合材料平均幾千到幾萬(wàn)根纖維/cm2，即使有少數(shù)纖維斷裂亦不會(huì)影響到其承載能力，故破斷安全性好。現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三5.工藝性能優(yōu)良纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料具有優(yōu)良的工藝性能，能滿足各種類型制品的制造需要，特別適合于大型制品、形狀復(fù)雜、數(shù)量少制品的制造。6.耐磨性好7.不吸潮、不老化、氣密性好現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三第三節(jié)金屬基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)一、復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性

復(fù)合材料可以根據(jù)不同的用途要求，靈活地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，具有很好的可設(shè)計(jì)性。

可設(shè)計(jì)性是指：設(shè)計(jì)人員可根據(jù)所需制品對(duì)力學(xué)及其它性能的要求，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)對(duì)材料本身進(jìn)行設(shè)計(jì)。力學(xué)（結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)——給制品一定的強(qiáng)度和剛度功能設(shè)計(jì)——給制品除力學(xué)性能外的其他性能工藝設(shè)計(jì)——對(duì)復(fù)合材料的制備工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三

結(jié)構(gòu)復(fù)合材料不僅可根據(jù)材料在使用中受力的要求進(jìn)行組元選材設(shè)計(jì)，更重要的是還可進(jìn)行復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即增強(qiáng)體的比例、分布、排列和取向等的設(shè)計(jì)。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)合材料來說，是由能承受載荷的增強(qiáng)體組元與能連接增強(qiáng)體又起傳遞力作用的基體組元構(gòu)成。由不同的增強(qiáng)體和不同的基體即可組成名目繁多的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三

對(duì)于結(jié)構(gòu)件來說，可以根據(jù)受力情況合理布置增強(qiáng)材料，達(dá)到節(jié)約材料、減輕質(zhì)量的目的。

對(duì)于有耐腐蝕性能要求的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)時(shí)可以選用耐腐蝕性能好的基體樹脂和增強(qiáng)材料；對(duì)于其他一些性能要求，如介電性能、耐熱性能等，都可以方便地通過選擇合適的原材料來滿足要求。復(fù)合材料良好的可設(shè)計(jì)性還可以最大限度地克服其彈性模量、層間剪切強(qiáng)度低等缺點(diǎn)?，F(xiàn)在是41頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三二、金屬基復(fù)合材料的基體選擇1.選擇的基本原則（1）根據(jù)不同的使用性能要求選擇合適的基體材料。（2）根據(jù)增強(qiáng)體的性質(zhì)和增強(qiáng)機(jī)制不同選擇不同的基體。（3）選擇的基體要求與增強(qiáng)體具有良好的相容性（浸潤(rùn)性）?，F(xiàn)在是42頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三

在制備金屬基復(fù)合材料時(shí)，液態(tài)金屬對(duì)增強(qiáng)材料的浸潤(rùn)性，則直接影響到界面粘結(jié)強(qiáng)度。浸潤(rùn)性是表示液體在固體表面上鋪展的程度。

好的浸潤(rùn)性意味著液體(基體)將在增強(qiáng)材料上鋪展開來，并覆蓋整個(gè)增強(qiáng)材料表面?，F(xiàn)在是43頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三2.結(jié)構(gòu)件金屬基復(fù)合材料的基體

用于航空、航天、汽車、先進(jìn)武器等結(jié)構(gòu)件的復(fù)合材料要求具有高的比強(qiáng)度、比剛度，有高的結(jié)構(gòu)效率，因此大多選擇鋁及鋁合金和鎂及鎂合金作為基體金屬。在發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)中所需的結(jié)構(gòu)材料，是耐熱結(jié)構(gòu)材料，工作溫度為650～1200℃。鈦合金基體復(fù)合材料可耐650℃高溫，而鎳、鈷基復(fù)合材料可在1200℃下使用?，F(xiàn)在是44頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三（1）用于450℃以下的輕金屬基體--鋁、鎂合金連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬?gòu)?fù)合材料—選純鋁或含合金元素少的單相鋁合金為基體。顆粒、晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料—選擇具有高強(qiáng)度的鋁合金作為基體。鋁基復(fù)合材料活塞顆粒增強(qiáng)鋁基原位復(fù)合材料現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三（2）用于450～700℃的復(fù)合材料的金屬基體鈦合金—可在450～650℃使用，增強(qiáng)體為高性能碳化硅纖維、碳化鈦顆粒、硼化鈦顆粒等。SiC纖維現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三（3）用于1000℃以上的高溫復(fù)合材料的金屬基體鎳基、鐵基耐熱合金和金屬間化合物—較成熟的是鎳基、鐵基高溫合金。現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三3.功能件金屬基復(fù)合材料的基體用于電子封裝的金屬基復(fù)合材料--高碳化硅顆粒含量的鋁基、銅基復(fù)合材料，高模量、超高模量石墨纖維增強(qiáng)鋁基、銅基復(fù)合材料，金剛石顆粒或多晶金剛石纖維增強(qiáng)鋁、銅基復(fù)合材料，硼/鋁復(fù)合材料等。用于耐磨零部件的金屬基復(fù)合材料用于集電和電觸頭的金屬基復(fù)合材料現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三三、金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體選擇增強(qiáng)體應(yīng)具有高比強(qiáng)度、高模量、高溫強(qiáng)度、高硬度、低熱膨脹等。增強(qiáng)體應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。增強(qiáng)體與基體金屬應(yīng)具有良好的浸潤(rùn)性和相容性。（1）連續(xù)纖維（2）晶須（3）顆粒ZnO晶須Al2O3纖維SiC顆?，F(xiàn)在是49頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三四、金屬基復(fù)合材料的界面設(shè)計(jì)1.界面的特征與設(shè)計(jì)

復(fù)合材料的界面：指基體與增強(qiáng)物之間化學(xué)成分有顯著變化的、構(gòu)成彼此結(jié)合的、能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域。復(fù)合材料的界面雖然很小，但它是有尺寸的，約幾個(gè)納米到幾個(gè)微米，是一個(gè)區(qū)域或一個(gè)帶、或一層，它的厚度呈不均勻分布狀態(tài)。現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三

界面通常包含以下幾個(gè)部分：

基體和增強(qiáng)物的部分原始接觸面；

基體與增強(qiáng)物相互作用生成的反應(yīng)產(chǎn)物，此產(chǎn)物與基體及增強(qiáng)物的接觸面；

基體和增強(qiáng)物的互擴(kuò)散層；

增強(qiáng)物上的表面涂層；

基體和增強(qiáng)物上的氧化物及它們的反應(yīng)產(chǎn)物之間的接觸面等。現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三

界面是復(fù)合材料的特征，可將界面的機(jī)能歸納為以下幾種效應(yīng)。

(1)傳遞效應(yīng)界面能傳遞力，即將外力傳遞給增強(qiáng)物，起到基體和增強(qiáng)物之間的橋梁作用。

(2)阻斷效應(yīng)結(jié)合適當(dāng)?shù)慕缑嬗凶柚沽鸭y擴(kuò)展、中斷材料破壞、減緩應(yīng)力集中的作用。

(3)不連續(xù)效應(yīng)在界面上產(chǎn)生物理性能的不連續(xù)性和界面摩擦出現(xiàn)的現(xiàn)象，如抗電性、電感應(yīng)性、磁性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性等?，F(xiàn)在是52頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三(4)散射和吸收效應(yīng)

光波、聲波、熱彈性波、沖擊波等在界面產(chǎn)生散射和吸收，如透光性、隔熱性、隔音性、耐機(jī)械沖擊及耐熱沖擊性等。

(5)誘導(dǎo)效應(yīng)一種物質(zhì)(通常是增強(qiáng)物)的表面結(jié)構(gòu)使另一種(通常是聚合物基體)與之接觸的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)由于誘導(dǎo)作用而發(fā)生改變，由此產(chǎn)生一些現(xiàn)象，如強(qiáng)的彈性、低的膨脹性、耐沖擊性和耐熱性等。現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三

復(fù)合材料中的界面并不是一個(gè)單純的幾何面，而是一個(gè)多層結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)域，界面區(qū)是從與增強(qiáng)體內(nèi)部性質(zhì)不同的某一點(diǎn)開始，直到與基體內(nèi)整體性質(zhì)相一致的點(diǎn)間的區(qū)域。

界面上產(chǎn)生的這些效應(yīng)，是任何一種單體材料所沒有的特性，它對(duì)復(fù)合材料具有重要作用。現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三

界面區(qū)域的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)都不同于兩相中的任一相。從結(jié)構(gòu)上來分，這一界面區(qū)由五個(gè)亞層組成(見下圖所示)：界面區(qū)域示意圖1一外力場(chǎng)；2-基體；3-基體表面區(qū)；4-相互滲透區(qū)；5一增強(qiáng)體表面；6-增強(qiáng)體現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三實(shí)驗(yàn)表明，金屬基復(fù)合材料由于容易發(fā)生界面反應(yīng)，生成脆性大的界面反應(yīng)層，在低應(yīng)力條件下，界面就會(huì)破壞，從而降低復(fù)合材料的整體性能。若基體為合金，則還易出現(xiàn)某元素在界面上富集的現(xiàn)象。有關(guān)金屬基復(fù)合材料的界面控制研究主要有以下兩方面：（1）對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)行表面處理

在增強(qiáng)材料組元上預(yù)先涂層以改善增強(qiáng)材料與基體的浸潤(rùn)性，同時(shí)涂層還應(yīng)起到防止發(fā)生反應(yīng)的阻擋層作用。鍍鎳碳纖維現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三（2）選擇金屬元素

改變基體的合金成分，造成某一元素在界面上富集形成阻擋層來控制界面反應(yīng)。在碳纖維增強(qiáng)A1復(fù)合材料中，在碳纖維上涂Ti--B涂層；在碳纖維增強(qiáng)Mg復(fù)合材料中采用SiO2作涂層；在硼纖維增強(qiáng)A1復(fù)合材料中用SiC涂層等都是在增強(qiáng)材料表面預(yù)先涂層的例子。另外，在C/A1復(fù)合材料中，常用含Ti的Al合金，由于Ti的富集形成一層松散的鈦化物阻擋層，可大大提高復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和抗沖擊性?，F(xiàn)在是57頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三五、金屬基復(fù)合材料的力學(xué)性能設(shè)計(jì)1.連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能設(shè)計(jì)（1）單向復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)模型定義：連續(xù)纖維在基體中呈同向平行排列的復(fù)合材料，叫做單向連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)模型（圖）

①并聯(lián)模型纖維與基體有相同的應(yīng)變；

②串聯(lián)模型纖維與基體有相同的應(yīng)力。現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三①四個(gè)特征彈性常數(shù)：縱向彈性模量，橫向彈性模量，主泊松比，切變模量。②五個(gè)特征強(qiáng)度值：縱向抗拉強(qiáng)度，橫向抗拉強(qiáng)度，縱向抗壓強(qiáng)度，橫向抗壓強(qiáng)度，面內(nèi)抗剪強(qiáng)度。

③復(fù)合材料的強(qiáng)度和彈性模量由復(fù)合材料的組分、材料的特性、增強(qiáng)體的取向、體積分?jǐn)?shù)決定。（2）力學(xué)性能特征值現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三

Al2O3/Al-1.5Mg復(fù)合材料棒材(a)縱向

(b)橫向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三2.短纖維及顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（2）顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性和強(qiáng)度（1）短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料粉末增強(qiáng)劑發(fā)生團(tuán)聚;改善增強(qiáng)粉末聚合體與基體的潤(rùn)濕程度顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料（不要求）現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三第四節(jié)金屬基復(fù)合材料的制備一、金屬基復(fù)合材料制備方法的分類（1）固態(tài)法固態(tài)法：是指基體處于固態(tài)下制造金屬基復(fù)合材料的方法。包括：粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、軋制法、擠壓和拉拔法、爆炸焊接法等。（2）液態(tài)法液態(tài)法：是指基體處于熔融狀態(tài)下制造金屬基復(fù)合材料的方法。包括：真空壓力浸漬法、擠壓鑄造法、攪拌鑄造法、液態(tài)金屬浸漬法、共噴沉積法、原位反應(yīng)生成法等。現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三（3）表面復(fù)合法包括：物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、熱噴涂法、化學(xué)鍍和電鍍法、復(fù)合鍍法等?，F(xiàn)在是64頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三二、固態(tài)制備技術(shù)1.粉末冶金技術(shù)工藝過程：

粉末冶金法是一種用于制備與成形顆粒增強(qiáng)(非連續(xù)增強(qiáng)型)金屬基復(fù)合材料的傳統(tǒng)固態(tài)工藝法?，F(xiàn)在是65頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三粉末冶金生產(chǎn)工藝現(xiàn)在是66頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三2.熱壓技術(shù)擴(kuò)散黏結(jié)：在較長(zhǎng)時(shí)間、較高溫度和壓力下，通過固態(tài)焊接工藝，使同類或不同類金屬在高溫下互擴(kuò)散而黏結(jié)在一起的工藝方法。三階段：粘結(jié)表面之間最初接觸增強(qiáng)材料與合金粉末發(fā)生界面擴(kuò)散和體擴(kuò)散→接觸面粘結(jié)結(jié)合界面最終消失，粘結(jié)過程完成現(xiàn)在是67頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三熱壓技術(shù)：現(xiàn)在是68頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是69頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三3.熱軋、熱擠壓和熱拉拔技術(shù)（變形法）

形變法就是利用金屬具有塑性成型的工藝特點(diǎn)，通過熱軋、熱拉、熱擠壓等加工手段，使已復(fù)合好的顆粒、晶須、短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料進(jìn)一步加工成板材。軋制現(xiàn)在是70頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三擠壓拉拔現(xiàn)在是71頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三4.爆炸焊接技術(shù)現(xiàn)在是72頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三三、液態(tài)制備技術(shù)1.真空壓力浸漬技術(shù)

真空壓力浸漬法是在真空和高壓惰性氣體的共同作用下，使熔融金屬浸滲入預(yù)制件中制造金屬基復(fù)合材料的方法。浸漬爐結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是73頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三2.擠壓鑄造技術(shù)

擠壓鑄造是通過壓機(jī)將液態(tài)金屬壓入增強(qiáng)材料預(yù)制件中制造復(fù)合材料的方法。（見成形技術(shù)）3.液態(tài)金屬攪拌鑄造技術(shù)液態(tài)金屬攪拌鑄造法：是將增強(qiáng)相顆粒直接加入金屬熔體中，通過攪拌使顆粒均勻分散，然后澆鑄成型制成復(fù)合材料制品的方法。（見成形技術(shù)）現(xiàn)在是74頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三4.共噴沉積技術(shù)金屬液滴與顆粒的混合沉積凝固現(xiàn)在是75頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是76頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三5.原位自生成技術(shù)（1）定向凝固法現(xiàn)在是77頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是78頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三（2）反應(yīng)自生成法基本原理：根據(jù)材料設(shè)計(jì)的要求，選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)劑（氣相、液相或粉末固相），在適當(dāng)?shù)臏囟认?，通過元素之間或元素與化合物之間的化學(xué)反應(yīng)，在金屬基體內(nèi)原位生成一種或幾種高硬度、高彈性模量的陶瓷增強(qiáng)相，從而達(dá)到強(qiáng)化金屬基體的目的?，F(xiàn)在是79頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三四、表面復(fù)合技術(shù)1.物理氣相沉積技術(shù)

物理氣相沉積是材料源的不斷汽化，通過真空蒸發(fā)、電離或?yàn)R射等過程，產(chǎn)生金屬離子并沉積于基體表面形成金屬涂層，或與反應(yīng)氣體化合形成化合物涂層的方法。真空蒸鍍：在高真空度的反應(yīng)室中，將鍍層材料加熱成蒸發(fā)原子，使其在真空條件下撞擊工件表面而形成沉積層。真空濺射：離子鍍：現(xiàn)在是80頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是81頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三2.化學(xué)氣相沉積技術(shù)分解反應(yīng)：化合反應(yīng)：

化學(xué)氣相沉積技術(shù)是指利用氣態(tài)物質(zhì)，在一定溫度下在固體表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并生成固態(tài)沉積膜的工藝過程。

常用化學(xué)氣相沉積涂層材料為碳化物、氮化物、氧化物，如TiC、TiN、Al2O3等。涂層具有很高的硬度2000～4000HV，較低的摩擦系數(shù)、優(yōu)異的耐磨性、良好的抗粘著能力和優(yōu)越的耐蝕性。現(xiàn)在是82頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三

化學(xué)氣相沉積的裝置如圖,以在鋼件表面沉積TiC涂層為例，將反應(yīng)氣體TiCl4與氣態(tài)或蒸發(fā)狀態(tài)的碳?xì)浠衔镆黄饘?dǎo)入真空、高溫的反應(yīng)室內(nèi)，用氫作為載體和稀釋劑，就會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成TiC沉積在基體表面?，F(xiàn)在是83頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三3.熱噴涂技術(shù)

指以某種熱源，將基體材料加熱到熔化或熔融狀態(tài)后，用高壓高速氣流將其霧化成細(xì)小的顆粒噴射到增強(qiáng)材料上，形成一層覆蓋層的過程。常用的熱噴涂的主要方法如下：1)火焰噴涂2)電弧噴涂3)等離子噴涂(氣體導(dǎo)電（或放電）所產(chǎn)生的等離子電弧作為高溫?zé)嵩?現(xiàn)在是84頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三氧乙炔火焰噴涂原理1-進(jìn)料口2-氣體通道3-噴嘴4-火焰5-噴涂層6-工件7-氧乙炔入口8-氣體出口

它是把金屬線（或粉末）以一定的速度送進(jìn)噴槍里，使端部在高溫火焰中熔化，隨即用壓縮空氣把其霧化并吹走，沉積在預(yù)處理過的工件表面上?，F(xiàn)在是85頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三電弧噴涂示意圖1-送絲輪2-金屬絲3-噴嘴4-涂層5-工件

在兩根焊絲狀的金屬材料之間產(chǎn)生電弧，因電弧產(chǎn)生的熱使金屬焊絲逐漸熔化，熔化部分被壓縮空氣氣流噴向基體表面而形成涂層。現(xiàn)在是86頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三

氣體電離后，在空間不僅有原子，還有正離子和自由電子，這種狀態(tài)就叫等離子體。等粒子噴涂是利用等離子弧進(jìn)行的，離子弧是壓縮電弧，與自由電弧項(xiàng)比較，其弧柱細(xì)，電流密度大，氣體電離度高，因此具有溫度高，能量集中，弧穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。等離子噴涂示意圖現(xiàn)在是87頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三第五節(jié)金屬基復(fù)合材料的成形加工一、鑄造成形1.鑄造成形方法與特點(diǎn)（1）攪拌鑄造成形液態(tài)金屬攪拌鑄造法：是將增強(qiáng)相顆粒直接加入金屬熔體中，通過攪拌使顆粒均勻分散，然后澆鑄成型制成復(fù)合材料制品的方法。液態(tài)機(jī)械攪拌法半固態(tài)拌法攪拌是在半固態(tài)金屬熔體中進(jìn)行，顆粒加入半固態(tài)金屬中，在攪拌作用下通過其中的固相金屬將顆粒帶入熔體中?，F(xiàn)在是88頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三（2）正壓鑄造成形擠壓鑄造

擠壓鑄造是通過壓機(jī)將液態(tài)金屬壓入增強(qiáng)材料預(yù)制件中制造復(fù)合材料的方法?，F(xiàn)在是89頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三離心鑄造

離心鑄造是在離心力作用下將金屬液體浸入增強(qiáng)材料間隙形成復(fù)合材料制品的一種方法?，F(xiàn)在是90頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三（3）負(fù)壓鑄造成形真空吸鑄

將預(yù)制品放入鑄型，將鑄型一端浸入金屬液體，鑄型另一端接真空，使合金液體吸入預(yù)制體的鑄造方法。現(xiàn)在是91頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三自浸透法

借助預(yù)制體內(nèi)毛細(xì)管作用使金屬液體引入增強(qiáng)體間隙，制成復(fù)合材料的方法。現(xiàn)在是92頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三二、塑性成形塑性成形方法適用范圍：非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，主要是鋁基復(fù)合材料。塑性成形的目的：致密化（消除孔隙），改變?cè)鰪?qiáng)顆粒分布，獲得指定形狀。鋁基復(fù)合材料塑性成形方法：拉拔、壓縮、擠壓、軋制?，F(xiàn)在是93頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三1.金屬基復(fù)合材料的高溫壓縮變形應(yīng)變軟化：高溫壓縮變形的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上有明顯的峰值，即當(dāng)壓縮變形量達(dá)到一定程度后出現(xiàn)應(yīng)力減小的現(xiàn)象。抗壓強(qiáng)度：現(xiàn)在是94頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三抗壓強(qiáng)度的近似計(jì)算：晶須的轉(zhuǎn)動(dòng)：彈性階段塑性階段轉(zhuǎn)動(dòng)原因：基體的塑性變形（如位錯(cuò)滑移、攀移）現(xiàn)在是95頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三影響晶須轉(zhuǎn)動(dòng)的因素：①變形溫度：變形溫度越高，復(fù)合材料中晶須轉(zhuǎn)動(dòng)越容易。②應(yīng)變量：應(yīng)變量越大，晶須轉(zhuǎn)動(dòng)程度越大。避免晶須折斷的措施：①提高變形溫度。②采用有利于基體金屬流動(dòng)的變形方式?，F(xiàn)在是96頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三復(fù)合材料高溫壓縮變形三個(gè)階段：①變形速度增加→曲線向上平移。②晶須的加入→抗壓屈服強(qiáng)度、彈性模量、高溫強(qiáng)度增加?，F(xiàn)在是97頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三復(fù)合材料高溫壓縮變形機(jī)制：①純固相變形機(jī)制：位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)晶界的變形。②微量液相存在時(shí)：沿晶界和界面的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)的晶界滑移和界面滑移，同時(shí)伴隨液相的協(xié)調(diào)作用。現(xiàn)在是98頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三2.金屬基復(fù)合材料的軋制塑性熱軋軋制溫度對(duì)致密度的影響變形量對(duì)致密度和抗拉強(qiáng)度的影響預(yù)熱溫度對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響現(xiàn)在是99頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三軋制對(duì)復(fù)合材料組織的影響現(xiàn)在是100頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三3.鋁基復(fù)合材料的擠壓塑性金屬基復(fù)合材料擠壓變形特點(diǎn)：金屬基體中含有一定量的增強(qiáng)體（晶須、顆粒），大大降低了金屬的塑性，變形阻力大，成形困難，堅(jiān)硬的增強(qiáng)顆粒將磨損模具。影響擠壓變形的主要因素：模具和坯料的預(yù)熱溫度、擠壓比、擠壓變形速度和潤(rùn)滑劑。現(xiàn)在是101頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三①潤(rùn)滑劑：改變擠壓坯料與模具之間的摩擦力，主要有石墨、二硫化鉬等。②擠壓溫度：根據(jù)材料的塑性、強(qiáng)度、生產(chǎn)率和成本（設(shè)備）等綜合因素考慮。③擠壓比：表示變形程度的方法?，F(xiàn)在是102頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三④擠壓速度：第一類裂紋：由表面折疊引起的裂紋。第二類裂紋：由夾雜物引起的裂紋。第三類裂紋：由表皮下氣泡引起的裂紋。速度過高速度過低現(xiàn)在是103頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三⑤體積分?jǐn)?shù)：SiC顆粒體積分?jǐn)?shù)↑最大擠壓力↑⑥熱擠壓對(duì)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料組織和性能的影響：發(fā)生纖維斷裂產(chǎn)生“陶瓷富集帶”現(xiàn)在是104頁(yè)\一共有118頁(yè)\編輯于星期三三、連