第七章---無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料(編輯修改稿)
2024-09-11 23:49 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 研究現(xiàn)狀 美國(guó) B2隱形轟炸機(jī)表面為具有良好吸波性能的碳纖維復(fù)合材料 由光導(dǎo)纖維構(gòu)成的光纜 復(fù)合材料的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀 賽車 (2)在交通運(yùn)輸方面的應(yīng)用 由復(fù)合材料制成的汽車質(zhì)量減輕，在相同條件下的耗油量只有鋼制汽車的 1／ 4，而且在受到撞擊時(shí)復(fù)合材料能大幅度吸收沖擊能量，保護(hù)人員的安全。 復(fù)合材料的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀 (3)在化學(xué)工業(yè)方面的應(yīng)用 在化學(xué)工業(yè)方面，復(fù)合材料主要被用于制造防腐蝕制品。聚合物基復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。例如，在酸性介質(zhì)中，聚合物基復(fù)合材料的耐腐蝕性能比不銹鋼優(yōu)異得多。 (4)在電氣工業(yè)方面的應(yīng)用 聚合物基復(fù)合材料是一種優(yōu)異的電絕緣材料，被廣泛地用于電機(jī)、電工器材的制造，如絕緣板、絕緣管、印刷線路板、電機(jī)護(hù)環(huán)、槽楔、高壓絕緣子、帶電操作工具等。 復(fù)合材料的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀 (5)在建筑工業(yè)方面的應(yīng)用 玻璃纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料 (玻璃鋼 )具有力學(xué)性能優(yōu)異，隔熱、隔聲性能良好，吸水率低，耐腐蝕性能好和裝飾性能好的特點(diǎn)，因此，它是一種理想的建筑材料。 (6)在機(jī)械工業(yè)方面的應(yīng)用 復(fù)合材料在機(jī)械制造工業(yè)中，用于制造各種葉片、風(fēng)機(jī)、各種機(jī)械部件如齒輪、皮帶輪和防護(hù)罩等。 (7)在體育用品方面的應(yīng)用 在體育用品方面，復(fù)合材料被用于制造賽車、賽艇、皮艇、劃槳、撐桿、球拍、弓箭、雪橇等。 復(fù)合材料的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀 (1)降低成本 由于復(fù)合材料的性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料，如能降低復(fù)合材料的成本，其應(yīng)用前景將是非常廣闊的。 復(fù)合材料今后的發(fā)展方向 (2)高性能復(fù)合材料的研制 高性能復(fù)合材料是指具有 高強(qiáng)度 、 高模量 、 耐高溫 等特性的復(fù)合材料。 (3)功能性復(fù)合材料 功能復(fù)合材料是指具有 導(dǎo)電 、 超導(dǎo) 、 微波 、 摩擦 、 吸聲 、阻尼 、 燒蝕 等功能的復(fù)合材料。 復(fù)合材料的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀 (4)智能復(fù)合材料 智能復(fù)合材料是指具有 感知 、 識(shí)別 及 處理能力 的復(fù)合材料。在技術(shù)上是通過(guò) 傳感器 、 驅(qū)動(dòng)器 、 控制器 來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的上述能力。 (5)仿生復(fù)合材料 仿照竹子從表皮到內(nèi)層纖維由密排到疏松的特點(diǎn)，成功地制備出具有明顯 組織梯度 與 性能梯度 的新型梯度復(fù)合材料。 復(fù)合材料的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀 (6) 環(huán)保型復(fù)合材料 從環(huán)境保護(hù)的角度看，目前的復(fù)合材料大多注重材料性能和加工工藝性能，而在回收利用上存在與環(huán)境不相協(xié)調(diào)的問(wèn)題。因此，開發(fā)、使用與環(huán)境相協(xié)調(diào)的復(fù)合材料，是復(fù)合材料今后的發(fā)展方向之 —。 復(fù)合材料的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀 為什么陶瓷材料多表現(xiàn)為脆性 ? 離子鍵 無(wú)滑移或位錯(cuò) 共價(jià)鍵 不能松弛應(yīng)力 裂紋生成及擴(kuò)散所需能量小 陶瓷基復(fù)合材料 陶瓷基復(fù)合材料 (Ceramic matric posite)是 在陶瓷基體中引入第二相材料，使之增強(qiáng)、增韌的多相材料。主要以高性能的陶瓷為基體，通過(guò)加入顆粒、晶須、連續(xù)纖維和層狀材料等增強(qiáng)體而形成的復(fù)合材料。 增韌陶瓷閥門 增韌陶瓷刀片 陶瓷基復(fù)合材料 陶瓷基復(fù)合材料有 : （ 1）異相顆粒彌散強(qiáng)化陶瓷復(fù)合材料 （ 2）纖維增韌增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料 （ 3）原位生長(zhǎng)陶瓷復(fù)合材料 （ 4）梯度功能陶瓷復(fù)合材料 （ 5）納米陶瓷復(fù)合材料 陶瓷基復(fù)合材料 陶瓷基復(fù)合材料的強(qiáng)韌機(jī)理 多相復(fù)合材料的設(shè)計(jì)三項(xiàng)原則 : 相之間在化學(xué)上相容性 相之間在物理上的相容性 熱膨脹系數(shù) 匹配 彈性模量 復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 陶瓷基復(fù)合材料 顆粒包括氧化物和非氧化物顆粒，也可以是金屬、金屬間化合物顆粒。 強(qiáng)韌化機(jī)理 （ 1）顆粒能抑制基體的晶粒長(zhǎng)大形成細(xì)晶。 如 SiC顆粒彌散在 Si3N4基體中，可以在一定的程度上抑制 Si3N4晶粒的長(zhǎng)大，從而獲得細(xì)晶粒的顯微結(jié)構(gòu)。 顆粒彌散增韌陶瓷基復(fù)合材料 SiC顆粒彌散在 Si3N4基體 陶瓷基復(fù)合材料 2)微裂紋增韌 影響第二相顆粒增韌效果的主要因素是基體與第二相顆粒的彈性模量、熱膨脹系數(shù)以及兩相的化學(xué)相容性。其中化學(xué)相容性是復(fù)合的前提。兩相間不能有過(guò)度的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)保證具有合適的界面結(jié)合強(qiáng)度。彈性模量只在材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生微觀應(yīng)力再分布效應(yīng)；熱膨脹系數(shù)失配在第二相顆粒及周圍基體內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力場(chǎng)是陶瓷得到增韌的主要根源 顆粒彌散增韌陶瓷基復(fù)合材料 陶瓷基復(fù)合材料 ZrO2從四方相到單斜相轉(zhuǎn)變效應(yīng)的氧化鋯多晶體（ TZP）陶瓷材料，在室溫下有較高的強(qiáng)度和斷裂韌性，但在高溫下由于相變的消失，強(qiáng)度急劇下降。 ZrO2微裂紋強(qiáng)化陶瓷基復(fù)合材料 單斜相 (m) ZrO2， 1170?C ? 四方相 (t ) ZrO2； 2370?C ? 立方相 ZrO2。 ZTA性能隨 ZrO2體積含量的變化 陶瓷基復(fù)合材料 圖 1相變?cè)鲰g示意圖 圖 2 ZTA中應(yīng)力誘變韌化導(dǎo)致性能隨 ZrO2體積含量的變化 陶瓷基復(fù)合材料 金屬顆粒和金屬間化合物顆粒高溫性能不好，但在低溫條件下可以顯著地改善中低溫時(shí)的韌性。 增韌機(jī)理：裂紋橋聯(lián)、顆粒塑性變形、顆粒拔出、裂紋偏轉(zhuǎn)和裂紋終止于顆粒。 3金屬顆粒和金屬間化合物顆粒的彌散強(qiáng)化 裂紋終止于顆粒 裂紋的分岔 裂紋偏轉(zhuǎn) 顆粒塑性變形 陶瓷基復(fù)合材料 橋聯(lián) 陶瓷基復(fù)合材料 拔出功增韌 顆粒的拔出 陶瓷基復(fù)合材料 通過(guò)有效的分散、復(fù)合使納米顆粒均勻彌散地保留在陶瓷基質(zhì)中而得到的復(fù)合材料。 一般分三類： A、基體 晶粒內(nèi) 彌散納米粒子第二相（高溫、低溫力學(xué)） B、基體 晶粒間
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