1、.,1,先進復合材料的發(fā)展及展望,.,2,目錄,先進復合材料的介紹 先進復合材料的發(fā)展 先進復合材料的發(fā)展前景,.,3,Part one：先進復合材料的介紹,.,4,先進復合材料的介紹,先進復合材料(ACM)：專指可用于加工主承力結構和次承力結構、其剛度和強度性能相當于或超過鋁合金的復合材料。目前主要指有較高強度和模量的硼纖維、碳纖維、芳綸等增強的復合材料。ACM在航空航天等軍事上的應用價值特別大。比如，軍用飛機和衛(wèi)星，要又輕又結實；軍用艦船，要又耐高壓又耐腐蝕。這些苛刻的要求，只有借助新材料技術才能解決。ACM具有質(zhì)量輕，較高的比強度、比模量、較好的延展性、抗腐蝕、導熱、隔熱、隔音、減振、耐

2、高（低）溫，獨特的耐燒蝕性、透電磁波，吸波隱蔽性、材料性能的可設計性、制備的靈活性和易加工性等特點。,.,5,先進復合材料的介紹,先進復合材料的分類： 聚合物基復合材料：基體是塑料，常使用的有尼龍、聚碳酸醋、聚乙烯、聚丙烯、環(huán)氧、酚醛有機硅樹脂等品種。 金屬基復合材料：是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬增強相人工結合成的復合材料。 無機非金屬材料基復合材料：是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。,.,6,先進復合材料的介紹,先進復合材料的應用： 復合材料在美國和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業(yè)。2000年美國汽

3、車零件的復合材料用量達14.8萬噸，歐洲汽車復合材料用量到2003年估計可達10.5萬噸。而在日本，復合材料主要用于住宅建設，如衛(wèi)浴設備等，此類產(chǎn)品在2000年的用量達7.5萬噸，汽車等領域的用量僅為2.4萬噸。不過從全球范圍看，汽車工業(yè)是復合材料最大的用戶，今后發(fā)展?jié)摿θ允志薮?，目前還有許多新技術正在開發(fā)中。例如，為降低發(fā)動機噪聲，增加轎車的舒適性，正著力開發(fā)兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板；為滿足發(fā)動機向高速、增壓、高負荷方向發(fā)展的要求，發(fā)動機活塞、連桿、軸瓦已開始應用金屬基復合材料。為滿足汽車輕量化要求，必將會有越來越多的新型復合材料將被應用到汽車制造業(yè)中。與此同時，隨著近年來人們

4、對環(huán)保問題的日益重視，高分子復合材料取代木材方面的應用也得到了進一步推廣。因而有人預言，21世紀是復合材料的時代。,.,7,Part two：先進復合材料的發(fā)展,.,8,先進復合材料的發(fā)展,經(jīng)過20世界60年代末期使用，樹脂基高性能復合材料被用于飛機的承力結構，后又逐漸進入工業(yè)其他領域。70年代末期發(fā)展出了用高強度、高模量的耐熱碳纖維和陶瓷纖維與金屬復合，特別是魚輕金屬復合，形成了金屬基復合材料，克服了樹脂基復合材料耐熱性差、導熱性低等缺點，已廣泛應用于航空航天等高科技領域。80年代開始，逐漸出現(xiàn)了陶瓷復合材料。復合材料因其具有可設計的特點受到廣泛的重視，因而發(fā)展極快。目前全世界復合材料的年產(chǎn)

5、量已達550多萬噸，年產(chǎn)值達1300億美元以上。,.,9,Part three：先進復合材料的發(fā)展前景,.,10,先進復合材料的發(fā)展前景,先進復合材料的發(fā)展前景： 低成本：制造成本大約占復合材料之間總成本的80%左右，所以低成本復合材料技術的核心是低成本制造技術。 高性能：性能是評價材料的重要標準，國防先進武器裝備和國民經(jīng)濟高技術的發(fā)展， 都要求進一步提高復合材料的性能， 進一步提高比強度、比模量。 多功能化：高技術的發(fā)展要求材料不再是單一的結構材料或功能材料，成為未來發(fā)展的核心。 智能化：智能材料與結構的出現(xiàn)是由于結構材料、功能材料和微電子工業(yè)的發(fā)展，是三者結合的產(chǎn)物。未來的復合材料將更注重

6、智能性。,.,11,先進復合材料的發(fā)展前景,低成本： （1）自動化制造技術：該技術可節(jié)省時間、速度較手工鋪層提高10倍，且節(jié)省原材料，提高之間精度、質(zhì)量，有效的降低了成本。 （2）以固化/共膠接為核心的大面積整體成型技術：大面積整體成型課大大減少零件數(shù)目，減少緊固件數(shù)目，減輕結構質(zhì)量，降低連接和裝配成本，從而有效的降低了總成本。 （3）罐外成型技術：熱壓罐法成型時目前航空航天制件最主要的成型工藝方法，但其設備成本高、生產(chǎn)周期長、能源消耗大，故其生產(chǎn)成本高。為降低制造成本，人們在努力尋求熱壓罐外成型方法。,.,12,先進復合材料的發(fā)展前景,高性能： 90年代先進復合材料大部分是采用T300 類型

7、的碳纖維和環(huán)氧樹脂件作為基體，這一類T300環(huán)氧復合材料的性能不能滿足高技術發(fā)展的要求， 特別是設計許用值較低，一般在3000LE, CAI也較低，一般在200MPa 以下。而高技術發(fā)展，例如：新一代戰(zhàn)斗機和新一代戰(zhàn)略核武器等， 要求設計許用值達到6000LE左右，CAI值則要求達到300MPa以上。碳纖維的性能是決定先進復合材料性能的關鍵因素。為此， 各國都致力提高改進碳纖維性能。,.,13,先進復合材料的發(fā)展前景,多功能化： 傳統(tǒng)的材料科學與工程把材料劃分為兩大類，即結構材料與功能材料，多少年來一直根據(jù)這樣的概念來研究與發(fā)展材料。高技術的發(fā)展要求材料不再是單一的結構材料或功能材料， 航天高

8、技術的發(fā)展要求由一種材料承擔多種功能，包括：防熱、抗核、承載、吸波、透波、隱身、減震、降噪等，這是實現(xiàn)戰(zhàn)略核武器的小型化、輕質(zhì)化、強突防和全天候的關鍵因素之一。因此，材料發(fā)展中的一種新趨勢是結構材料和功能材料的互相滲透，即結構材料的功能化（例如，結構吸波材料）和功能材料的結構化（例如，熱結構材料）。這就是材料發(fā)展中的綜合集成。,.,14,先進復合材料的發(fā)展前景,智能化： 由材料、結構和電子互相融合而構成的智能材料與結構， 是當今材料與結構高新技術發(fā)展的方向。隨著智能材料與結構的發(fā)展還將出現(xiàn)一批新的學科與技術。包括： 綜合材料學、精細工藝學、材料仿生學、生物工藝學、分子電子學、自適應力學以及神經(jīng)元網(wǎng)絡和人工智能學等。智能材料與結構已被許多國家確認為必須重點發(fā)展的一門新技術， 成為21 世紀復合材料一個重要發(fā)展方向。 由材料、結構和電子互相融合而構成的智能材料與結構， 是當今材料與結構高新技術發(fā)展的方向。隨著智能材料與結構