第七章---無機非金屬基復合材料(編輯修改稿)
2024-09-11 23:49 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 研究現(xiàn)狀 美國 B2隱形轟炸機表面為具有良好吸波性能的碳纖維復合材料 由光導纖維構(gòu)成的光纜 復合材料的應用與研究現(xiàn)狀 賽車 (2)在交通運輸方面的應用 由復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，而且在受到撞擊時復合材料能大幅度吸收沖擊能量，保護人員的安全。 復合材料的應用與研究現(xiàn)狀 (3)在化學工業(yè)方面的應用 在化學工業(yè)方面，復合材料主要被用于制造防腐蝕制品。聚合物基復合材料具有優(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)方面的應用 聚合物基復合材料是一種優(yōu)異的電絕緣材料，被廣泛地用于電機、電工器材的制造，如絕緣板、絕緣管、印刷線路板、電機護環(huán)、槽楔、高壓絕緣子、帶電操作工具等。 復合材料的應用與研究現(xiàn)狀 (5)在建筑工業(yè)方面的應用 玻璃纖維增強的聚合物基復合材料 (玻璃鋼 )具有力學性能優(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，因此，它是一種理想的建筑材料。 (6)在機械工業(yè)方面的應用 復合材料在機械制造工業(yè)中，用于制造各種葉片、風機、各種機械部件如齒輪、皮帶輪和防護罩等。 (7)在體育用品方面的應用 在體育用品方面，復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。 復合材料的應用與研究現(xiàn)狀 (1)降低成本 由于復合材料的性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料，如能降低復合材料的成本，其應用前景將是非常廣闊的。 復合材料今后的發(fā)展方向 (2)高性能復合材料的研制 高性能復合材料是指具有 高強度 、 高模量 、 耐高溫 等特性的復合材料。 (3)功能性復合材料 功能復合材料是指具有 導電 、 超導 、 微波 、 摩擦 、 吸聲 、阻尼 、 燒蝕 等功能的復合材料。 復合材料的應用與研究現(xiàn)狀 (4)智能復合材料 智能復合材料是指具有 感知 、 識別 及 處理能力 的復合材料。在技術上是通過 傳感器 、 驅(qū)動器 、 控制器 來實現(xiàn)復合材料的上述能力。 (5)仿生復合材料 仿照竹子從表皮到內(nèi)層纖維由密排到疏松的特點，成功地制備出具有明顯 組織梯度 與 性能梯度 的新型梯度復合材料。 復合材料的應用與研究現(xiàn)狀 (6) 環(huán)保型復合材料 從環(huán)境保護的角度看，目前的復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)的問題。因此，開發(fā)、使用與環(huán)境相協(xié)調(diào)的復合材料，是復合材料今后的發(fā)展方向之 —。 復合材料的應用與研究現(xiàn)狀 為什么陶瓷材料多表現(xiàn)為脆性 ? 離子鍵 無滑移或位錯 共價鍵 不能松弛應力 裂紋生成及擴散所需能量小 陶瓷基復合材料 陶瓷基復合材料 (Ceramic matric posite)是 在陶瓷基體中引入第二相材料，使之增強、增韌的多相材料。主要以高性能的陶瓷為基體，通過加入顆粒、晶須、連續(xù)纖維和層狀材料等增強體而形成的復合材料。 增韌陶瓷閥門 增韌陶瓷刀片 陶瓷基復合材料 陶瓷基復合材料有 : （ 1）異相顆粒彌散強化陶瓷復合材料 （ 2）纖維增韌增強陶瓷復合材料 （ 3）原位生長陶瓷復合材料 （ 4）梯度功能陶瓷復合材料 （ 5）納米陶瓷復合材料 陶瓷基復合材料 陶瓷基復合材料的強韌機理 多相復合材料的設計三項原則 : 相之間在化學上相容性 相之間在物理上的相容性 熱膨脹系數(shù) 匹配 彈性模量 復合材料的顯微結(jié)構(gòu)的設計 陶瓷基復合材料 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。 強韌化機理 （ 1）顆粒能抑制基體的晶粒長大形成細晶。 如 SiC顆粒彌散在 Si3N4基體中，可以在一定的程度上抑制 Si3N4晶粒的長大，從而獲得細晶粒的顯微結(jié)構(gòu)。 顆粒彌散增韌陶瓷基復合材料 SiC顆粒彌散在 Si3N4基體 陶瓷基復合材料 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)以及兩相的化學相容性。其中化學相容性是復合的前提。兩相間不能有過度的化學反應，同時保證具有合適的界面結(jié)合強度。彈性模量只在材料受外力作用時產(chǎn)生微觀應力再分布效應；熱膨脹系數(shù)失配在第二相顆粒及周圍基體內(nèi)部產(chǎn)生殘余應力場是陶瓷得到增韌的主要根源 顆粒彌散增韌陶瓷基復合材料 陶瓷基復合材料 ZrO2從四方相到單斜相轉(zhuǎn)變效應的氧化鋯多晶體（ TZP）陶瓷材料，在室溫下有較高的強度和斷裂韌性，但在高溫下由于相變的消失，強度急劇下降。 ZrO2微裂紋強化陶瓷基復合材料 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 陶瓷基復合材料 圖 1相變增韌示意圖 圖 2 ZTA中應力誘變韌化導致性能隨 ZrO2體積含量的變化 陶瓷基復合材料 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的韌性。 增韌機理：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 陶瓷基復合材料 橋聯(lián) 陶瓷基復合材料 拔出功增韌 顆粒的拔出 陶瓷基復合材料 通過有效的分散、復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） B、基體 晶粒間
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