航空工程材料課件 25-復合材料

5-8復合材料課前回顧任務實施1.高分子材料如何分類？有什么性能特點？2.塑料有什么性能特點？在飛機上有什么應用？3.橡膠有什么性能特點？在飛機上有什么應用？4.陶瓷有什么性能特點？在飛機上有什么應用？知識目標1.了解復合材料的概念及性能特點；2.了解復合材料的分類及其應用；3.掌握復合材料在航空工業上的應用。能力目標會根據零件性能要求選擇合適的復合材料。教學目標素質目標1.創新精神；2.航空工匠精神。新課導入：殲擊機國產化復合材料的應用創新精神一、概述復合材料的“前世”遠古的復合材料（距今5000年）：陜西半坡人利用草梗和泥筑墻；古代的復合材料：兩漢中期以后，流行的漆器是夾纻胎的漆器；近現代的復合材料：混凝土20世紀40年代，學術界正式使用“復合材料”一詞，意味著“復合材料”真正誕生了。一、概述根據所學知識和日常生活經驗，回答以下問題：（1）飛機機體機構材料必須具備哪些性能？（2）使用金屬材料作為機體結構材料有什么優點？又有什么局限性？一、概述鋼筋混凝土橡膠輪胎復合材料的“今生”

第一代復合材料（1940-1960年）：第二代復合材料（1960-1980年）：一、復合材料的發展歷程一、復合材料的發展歷程第三代復合材料（1980-1990年）：第四代復合材料（1990年—至今）：結構功能一體化復合材料：隱身飛機智能材料：能夠自我組裝的材料二、復合材料概述1.復合材料的定義復合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復合工藝組合而成的新材料，它既能保留原組分材料的主要特色，又通過復合效應獲得原組分所不具備的性能。可以通過材料設計使各組分的性能互相補充并彼此關聯，從而獲得新的優越性能，與一般材料的簡單混合有本質的區別。——材料大辭典，1994·師昌緒主編·二、復合材料概述1.復合材料的定義定義要點：由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過宏觀或微觀復合形成，組元之間存在著明顯的界面的新型多相固體材料；各組元不但保持各自的固有特性，而且可最大限度發揮該組元的特性，并賦予單一材料組元所不具備的優良特殊性能；復合材料具有可設計性。請問：以下哪些材料是復合材料？碳纖維，玻璃纖維/環氧樹脂基單向帶，鋁/銅合金、鋼筋混凝土、塑料二、復合材料概述二、復合材料概述復合材料

基體增強體一種連續相，將增強體材料固結成一體，并賦予復合材料一定的形狀，傳遞外界應力，保護增強體免受外界環境侵蝕的作用。一種分散相，起承受應力（結構復合材料）和顯示功能（功能復合材料）的作用，改善復合材料的性能。

2、復合材料基本相二、復合材料概述2、復合材料基本相基體——連續相增強材料——分散相也稱為增強體、增強劑、填充劑等，顯著增強材料的性能。多數情況下，分散相較基體硬，剛度和強度較基體大。可以是纖維及其編織物，也可以是顆粒狀或彌散的填料。在基體和增強體之間存在著界面。二、復合材料概述3、復合材料的性能特點優點：（1）比強度和比模量高

（2）抗疲勞性能好

（3）減振性能好

（4）具有可設計性此外，復合材料還有較好的減摩性、耐蝕性、斷裂安全性和工藝性等。缺點：（1）耐沖擊性能差

（2）層間強度低二、復合材料概述三、復合材料的命名和分類1、復合材料的命名復合材料在世界各國還沒有統一的名稱和命名方法，比較共同的趨勢是根據增強體和基體的名稱來命名，通常有以下三種情況：（1）強調基體時以基體材料的名稱為主。如樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料等。（2）強調增強體時以增強體材料的名稱為主。如玻璃纖維增強復合材料、碳纖維增強復合材料、陶瓷顆粒增強復合材料等。（3）基體材料名稱與增強體材料并用。這種命名方法常用來表示某一種具體的復合材料，習慣上把增強體材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后面，如碳纖維/環氧樹脂基復合材料。三、復合材料的命名和分類1、復合材料的命名例如：1）“玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料”，或簡稱為“玻璃纖維/環氧樹脂復合材料或玻璃纖維/環氧”。碳纖維和金屬基體構成的復合材料叫“金屬基復合材料”，也可寫為“碳／金屬復合材料”。碳纖維和碳構成的復合材料叫“碳／碳復合材料”；2）國外還常用英文編號來表示，如MMC（MetalMatrixComposite）表示金屬基復合材料，FRP（FiberReinforcedPlastics）表示纖維增強塑料，而玻璃纖維/環氧則表示為GF/Epoxy，或G/Ep(G-Ep)。三、復合材料的命名和分類1、復合材料的命名課堂練習請說出下列復合材料的機體和增強體名稱：GF/EP，CF/EP，CF/UP，Kevlar三、復合材料的命名和分類2、復合材料的分類按基體材料類型分類無機非金屬基復合材料樹脂基復合材料金屬基復合材料熱固性樹脂基復合材料熱塑性樹脂基復合材料···陶瓷基復合材料碳基復合材料···鋁基復合材料鈦基復合材料鎂基復合材料2、復合材料的分類功能復合材料按使用性能分類透波防彈、防爆裝飾抗震、吸能結構復合材料壁板梁、肋槳葉舵面接頭框2、復合材料的分類碳纖維復合材料有機纖維復合材料芳綸纖維復合材料陶瓷纖維復合材料玻璃纖維復合材料—玻璃鋼按增強纖維類型分類2、復合材料的分類連續纖維增強復合材料纖維織物/編織體增強復合材料顆粒增強復合材料短纖維或晶須增強復合材料片狀材料增強復合材料按增強相的形態分類252、復合材料的分類四、幾類典型的復合材料及應用1、玻璃纖維復合材料玻璃纖維復合材料：用玻璃纖維增強工程塑料的復合材料，即玻璃鋼。現玻璃纖維增強復合材料用于反坦克導彈的戰斗部殼體、尾翼座、發動機殼體以及火箭彈的噴管等。雷達罩四、幾類典型的復合材料及應用1、玻璃纖維復合材料使用最廣泛的纖維成本低、主要用于次承力結構和功能結構E-玻璃纖維介電性能優異耐化學耐腐蝕耐環境性能好S-玻璃纖維拉伸強度提高40％壓縮強度提高25％模量提高20％密度降低4％可用于較高強度結構四、幾類典型的復合材料及應用2、芳綸纖維復合材料使用受限制主要用于防彈、減振結構Kevlar-49、Kevlar-149韌性高能量吸收性能好（用于防彈裝備）拉伸強度與剛度高、密度低壓縮強度低疲勞性能好加工性能較差，常規刀具難以切割四、幾類典型的復合材料及應用2、芳綸纖維復合材料芳綸纖維可制作大型飛機的二次結構材料，如機艙門、窗、整流罩體表面、機翼有關部件。也可制機內天花板、隔板、艙壁、行李架、座椅等。采用芳綸纖維復合材料可以減輕飛機自重30%左右。如L-1011三星式客機總的芳綸纖維復合材料用量達1135kg，使機重減輕365kg；波音757、767使用芳綸纖維復合材料，減輕機重454kg；DHC-7短程飛機減輕機重91kg；S-76商用直升機的外蒙皮使用芳綸復合材料已達50%；噴氣式教練機T-4也采用芳綸纖維復合材料。芳綸纖維復合材料可制造火箭發動機殼體、壓力容器、宇宙飛船駕駛艙等。芳綸纖維復合材料還可制造坦克、裝甲車、飛機、潛艇的防彈板和頭盔及防彈衣等。航空航天機體結構大量使用風電、建筑補強、運動器材等也廣泛使用碳纖維carbonfibersT300、T700、T800、CCF300等含碳量93%-95%聚丙烯腈(PAN)-人造纖維-瀝青基-強度不如PAN基力學性能不如PAN基和瀝青基纖維綜合性能優異四、幾類典型的復合材料及應用3、碳纖維復合材料四、幾類典型的復合材料及應用3、碳纖維復合材料碳纖維的分類PAN基碳纖維使用最為廣泛，日本東麗（Toray）公司生產的PAN基碳纖維占據了行業領先地位，牌號以T+數字為主。四、幾類典型的復合材料及應用3、碳纖維復合材料碳纖維的性能四、幾類典型的復合材料及應用3、碳纖維復合材料常見碳纖維復合材料碳纖維/環氧復合材料：作基體的樹脂，目前應用最多的是環氧樹脂、酚醛樹脂和聚四氟乙烯。碳纖維/碳復合材料：用有機基體浸漬纖維坯塊，固化后再進行熱解，或纖維坯型經化學氣相沉積，直接填入碳。碳纖維/金屬復合材料：主要用于熔點較低的金屬或合金，如在碳纖維表面鍍金屬，制成了碳纖維金屬復合材料。碳纖維/陶瓷復合材料：我國研制了一種碳纖維石英玻璃復合材料。（1）體育運動領域：體育休閑用品領域復合材料的應用開發較早，目前占有30%以上的市場份額。（2）交通運輸領域：碳纖維自行車車架；復合材料汽車；復合材料游艇；（3）能源領域：風力發電機的葉片；海上鉆井平臺上的護欄、扶手、通道、油箱和油罐。四、幾類典型的復合材料及應用（4）航空航天領域：1)戰斗機是復合材料發展水平的集中體現：四、幾類典型的復合材料及應用2)運輸類飛機是復合材料技術成熟的體現從波音737（5%的復合材料用量）發展到波音787，復合材料的用量增長到了50%。四、幾類典型的復合材料及應用重點內容1、復合材料的概念及性能特點2、復合材料的分類及其應用3、復合材料在航空工業上的應用類型性能應用玻璃纖維復合材料（玻璃鋼）良好的拉伸強度