《复合材料概论课件 王国荣 第三章 复合材料的增强材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复合材料概论课件 王国荣 第三章 复合材料的增强材料（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 复合材料的增强材料,定义：复合材料中凡能提高基体材料力学性能的物质。 纤维：在复合材料中起增强作用，是主要承力组分。可使复合材料的强度、刚度以及耐热性、韧性得到较大幅度提高，且可减小收缩。 例如：PS塑料中加入玻璃纤维后拉伸强度可从600MPa提高到1000MPa,弹性模量可从3GPa提高到8GPa，热变形温度可从85提高到105 ， 使-40 下的冲击强度提高10倍。,能明显提高基体某种所需的性能，如比强度、比模量、耐热性、耐磨性或低膨胀性等 良好的化学稳定性； 良好的浸润性；,复合材料的增强材料应具备的基本特性,3.1 增强体的分类,按纤维形状分类 按纤维组成分类,1）按纤维形状分
2、类,纤维类增强体 颗粒类增强体晶须类增强体 片状物增强体：主要为陶瓷薄片，用于陶瓷薄片叠压成型CMC。,纤维类增强体,连续纤维增强体： 分单丝、束丝（数百至几万根单丝组成） 长度100m，一般直径在120m，直径越小强度越高。 短纤维增强体： 长度几十毫米，分单丝、和束丝短纤维增强体。 短纤维增强复合材料的强度、刚度低于连续纤维复合材料。,颗粒类增强体,作用：以很细的粉状（14%，强度低、耐湿热性差； 特种GF：高强GF（S玻纤）由纯镁铝硅三元组成，抗拉强度2800MPa；高模量GF（M玻纤）在低铝的钙镁硅酸盐系统中加入铬、钽、铌等氧化物，其E=120GPa。,表3-1 典型GF的力学性能,3
3、.2.1 物理性能,密度：2.42.9； 耐磨性和耐折性：都很差； 热性能：导热率小0.035W/（mK），隔热性好优良的绝热材料；耐热性好，软化点为550580；热膨胀系数4.810-6/K 电性能：优良的电绝缘材料； 光学性能：优良的透光材料；,3.2.2 化学性能,C-玻纤：对酸的稳定性好，但对水的稳定性差； E-玻纤：耐酸性较差，但耐水性较好； C-玻纤和E-玻纤耐碱性接近，耐碱性好； S-玻纤和M-玻纤的耐酸性和耐水性好，耐碱性也好于C-玻纤和E-玻纤。,3.2.3 玻纤商品,纤维纱：单丝、复丝； 纤维织物：无捻粗纱布、平纹布、斜纹布、缎纹布； 纤维毡：表面毡、短切毡。,3.2.3
4、硼纤维,主要性能 拉伸强度：3450MPa； 弹性模量：400GPa； 热膨胀系数：1.510-6/K； 密度：2.42.6。 制备：硼纤维是用化学气相法在一根受热的纤芯（钨丝或碳丝）上沉积而成。,3.2.4 碳化硅纤维,主要性能 强度20003000MPa，弹性模量180200GPa，断裂延伸率1.5%，密度2.55，热膨胀系数（轴向）3.110-6/K； 在1000以下可长期使用； 在1000以下碳化硅纤维与金属几乎不发生反应，但有很好的浸润性，有益于与金属的复合。,3.2.5 氧化铝纤维,主要性能 优异的机械强度和耐热性能，直到1370其强度仍下降不大。 强度：13002500MPa；
5、模量：150460GPa； 密度：2.74.2。 制备：烧结法、先驱体法、熔融法。 应用：多用于高温结构材料。,3.2.6 氮化硅纤维,主要性能 拉伸强度：15003000MPa； 弹性模量：120260GPa； 耐化学腐蚀； 绝缘性能优异。 应用：制造航空、航天、汽车发动机等高温部件最好的候选材料。,3.3 金属丝,主要类型：高强钢丝、不锈钢丝、难熔金属丝（钨钍丝）； 用途：高强钢丝、不锈钢丝可用于增强铝合金，难熔金属丝（钨钍丝）用于增强镍基耐热合金以提高耐热合金的高温性能，钢丝还可用来增强水泥基复合材料。,表3-2 各种金属丝的性能,3.4 有机纤维（芳纶纤维）,芳纶纤维（Kevlar纤维
6、)是芳香族聚酰胺类纤维的总称。最常用的为Kevlar-49。 主要性能： 高强度：3773MPa 高模量：127158GPa 抗冲击性好：约为石墨纤维的6倍、硼纤维的3倍； 低密度：1.441.45，只有铝的一半； 热膨胀系数：纤维向-210-6/K，横向5910-6/K。,3.5 晶须,类型：用作强度材料的主要为陶瓷晶须。 主要性能： 高强：在纤维中强度最高，原因是它的直径非常小，容纳不下使晶体削弱的空隙、位错和不完整等缺陷。 耐高温：Al2O3晶须在2070下仍能保持7000MPa的拉伸强度。表3-3 晶须的基本性能 应用：由于价格高，目前主要应用在空间和尖端技术领域。,表3-3 晶须的基本性能,3.6 颗粒增强物,颗粒增强物：主要有Al2O3、SIC、SI3N4、TiC、B4C、石墨和CaCO3等 主要用途：陶瓷颗粒常用于MMC和CMC，而石墨、CaCO3常用于RMC。,本章小结,纤维的主要作用； 增强纤维应具备的基本特性； 增强纤维的主要类型及其各自主要特性；,
