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1、层状复合材料层状复合材料主讲人：陈 刚江苏大学材料学院江苏大学材料学院1图1 颗粒增强铝基复合材料的显微组织和XRD分析结果颗粒增强铝基复合材料颗粒增强铝基复合材料2复合轧辊复合轧辊3铜包铝线铜包铝线45树与年轮树与年轮6铝塑复合板铝塑复合板7本课程的主要内容本课程的主要内容l第1章 绪论 l第2章 层合板 l第3章 双金属复合材料l第4章 金属-陶瓷层状复合材料 l第5章 金属-高分子层状复合材料 原理原理工艺工艺检测检测回收回收 8课程学习与考核课程学习与考核特点特点：定性、半定量描述与争议。方式方式：课堂学习与课后钻研相结合。（涉及的面广，需要补充学习）教学教学：课堂提问与课后作业。考核
2、考核：平时成绩30%+期末闭卷考试。9第第1章章 绪论绪论l层状复合材料定义l层状复合材料分类l层状复合材料基本特点l层状复合材料应用与发展简介101-1 层状复合材料定义层状复合材料定义l在现代材料学中，复合材料复合材料专指由两种或两种以上不同相态的组分所组成的材料，是用经过选择的、含有一定数量的两种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合，组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。l层状复合材料层状复合材料 （Laminated Composite），是指复合材料中的增强相分层铺叠，即按相互平行的层面配置增强相，各层之间通过基体材料连接。11l层状复合材料中的“层”，
3、可以是单向无纬布、浸胶纤维布，如玻璃纤维布、碳纤维布或棉布、合成纤维布、石棉布等；l也可以是片状材料，如纸张、木材以及铝箔等；l也有人将双金属层合片、涂覆金属和夹层玻璃归于层状复合材料。l层状复合材料在其层面方向层面方向可以提供优良的性能。12l通过几种物理性能相异材料的相互复合，获得良好性能并不困难。13图2 双金属扎制示意图14图3 爆炸复合法示意图151-2 层状复合材料分类层状复合材料分类l复合材料复合材料可以按照使用功能、增强相的几何形态或基体材料的性质进行分类。l按照使用功能要求分为结构复合材料和功能复合材料；按照基体材料的性质，复合材料分为金属基复金属基复合材料合材料和非金属基复
4、合材料非金属基复合材料。l按照层状复合材料韧性程度韧性程度可划分为柔性层状复合柔性层状复合材料材料和刚性层状复合材料刚性层状复合材料。16l铝塑复合膜板铝塑复合膜板是铝与塑料、牛皮纸纸板经热压或冷压复合而成，机械性能好，很容易加工成型，形状可以做成板膜，也可以是罐袋。l高档铝塑、铝纸复合材料已占据了包装和装饰行业相当大的市场份额，且每年都在大幅递增。l铝塑、铝纸复合材料广泛用于食品、药品、烟草、装饰和化工等行业的产品包装。17l含铝塑料具有质量轻、耐磨性好、热稳定性佳、易加工成形等特点，己深入到社会生活的方方面面，给人们带来不少便利，同时也带来了诸多问题。l目前，各种各样的含铝废塑料沦为生活垃
5、圾，废弃量愈来愈大。l在这些含铝废塑料中，有纯度高达99.9%的电解铝箔、纸板及各种塑料。l在资源日益匾乏和环保意识愈来愈强的今天，如能有效回收利用这些废弃物中的铝和塑料，不仅可以带来可观的经济效益，而且还可以净化环境。18l含铝废塑料焚烧处理焚烧处理时，在热分解过程中，其中的塑料会裂解，释放出大量的有害气体甚至二恶瑛等致癌物质。l填埋处置填埋处置也会对环境造成危害，首先是侵占有限的耕地；其次，塑料的降解系数小，需要很长的时间才能分解殆尽，塑料易造成土壤板结，影响植物吸收养料和水分。l碾碎碾碎的铝塑复合膜经雨水长期冲刷会进入土壤和地下水中，会影响植物根系对养分的吸收，而贵金属离子则可能直接造成
6、污染。19图4 镁合金表面自然氧化膜结构示意图阳极氧化阳极氧化，就是以欲处理的金属为阳极，以不锈钢、铁、镍或者导电性电解池本身为阴极，在适当的电解质溶液中，在控制工艺参数如电压、电流密度类型和幅值以及电解质溶液组成、浓度、温度等的条件下进行电解，从而在基体金属表面获得兼具保护性、装饰性及功能性膜层的方法。20l氧化膜与基体金属结合力强、电绝缘性好、光学性能优良、耐热冲击、耐磨损、耐腐蚀。l具有多孔结构，能够按照要求进行污染小、成本低的着色封孔处理，可以为进一步涂覆的有机涂层，如油漆、涂料等提供优良基底，能满足太空飞船、卫星等用镁合金对光学性能等的特殊要求。l与油漆、搪瓷以及其它化学转化膜如铬酸
7、盐转化膜、磷酸盐转化膜等相比更经久耐用。l当使用寿命结束时，膜层易去除，有利于基体金属的循环利用。2122结合使用功能分类结合使用功能分类l层合板层合板，如三聚氰胺树脂层合板。l双金属复合材料双金属复合材料，如铜/铝、钢/铜、铜/钼/铜等。l金属金属-陶瓷层状复合材料陶瓷层状复合材料 ，如阳极氧化、微弧氧化陶瓷保护层金属材料。l铝塑、铝纸复合材料铝塑、铝纸复合材料，如铝塑包装材料、铝塑复合管、铝塑复合板。231-3 层状复合材料基本特点层状复合材料基本特点l要求复合材料性能好、寿命长、安全可靠，具有更高的强度、韧性和更小的比重，或者具有优良的耐热性和耐腐蚀性，而且价格低。l1）性能互补性能互补
8、：不同性能互补，如将高硬度材料与高韧性材料层状复合后制成性能互补的复合板。l2）表层保护作用表层保护作用：用耐热、耐腐蚀、耐磨的材料作复合板的表层起到保护作用。l3）利用材料物理性能的差异利用材料物理性能的差异：如利用热膨胀系数不同的材料制作热敏元件和利用导热和膨胀系数不同复合成的电子封装材料。l4）经济效益经济效益：稀贵金属与廉价金属复合以节约稀贵元素或贵金属。24结构特点结构特点l双层、三层、多层结构，根据需要通过物理结合实现，层与层之间界面清晰。lKovar/Cu/Kovar电子封装材料是一种三层结构的层状复合材料。它的芯是无氧铜，两面复合厚度相同的可伐合金板。l广义上讲，在显微尺度上具
9、有上述结构的材料也可以称为层状复合材料，但由于涉及的种类太多，且宏观尺度上不再具有层状结构，如分子插层复合材料，本课程不包括这方面的内容。25图526聚乙烯/膨胀石墨插层型复合材料a）200 膨胀石墨b）PE-LLD/ L TEG复合材料27工艺特点工艺特点l利用各种传统工艺，同时在传统工艺的基础上又形成新的工艺。如，铜/钢的电镀方法，铜/铝的包覆焊-拉拔工艺等。l对两种材料的复合，有些工艺涉及第三种物质，有些工艺则完全不涉及。28性能特点性能特点l性能好、寿命长、安全可靠，具有更高的强度、韧性和更小的比重，或者具有优良的耐热性和耐腐蚀性。l获得不同材料的性能组合获得不同材料的性能组合，高硬度
10、耐磨材料和柔性材料结合在一起，形成耐磨且具有柔性的材料。l具有表面保护特性具有表面保护特性，表面形成耐磨、耐腐蚀、抗老化、防辐射等保护层。l形成新的功能特性形成新的功能特性，利用层间的物理性能差异，如利用热膨胀系数不同的材料制作热敏元件等。291-4 层状复合材料应用与发展简介层状复合材料应用与发展简介l根据性能不同，可以应用于各种场合，特别适用与要求新的复合性能的场合，如要求耐磨性、导电性与柔性相结合的场合。l不同类型的复合材料与相应的传统材料并存，有些应用具有难以替代性。l层状复合材料的回收利用难题也一定程度上限制了应用。30l柔性电阻膜柔性电阻膜是将电阻材料放置于两片如特氟纶、硅橡胶、聚
11、酰亚胺薄膜的绝缘层中间。l是一种超薄（0.2mm）、柔软（最小弯曲半径为1mm，可充分密接在各种形状的被加热物上的任何部分使用）、绝缘、不占空间的平面薄片元件。l可精确、高效率的加热，具有安全性高，坚固耐用寿命长等特点。l在航空、医药、商业、工业等领域有很好的用途。31l电阻箔复合材料电阻箔复合材料主要用于人造卫星、雷达、导航、计算机系统、汽车发动系统、摄像系统、高清晰度电视等电子产品中。l可用于精密测量、数据转换航空航海惯导系统、计算机接口电路及一些特殊要求的系统中制作精密电阻器直插式电子元器件。l可将其压制在多层板中，取代部分电阻器件。l适应当今高科技电子产品对平面电阻的使用需求，应开发多
12、功能、系列化的电阻箔复合材料。32图 柔性电阻元件示意图33l通过在高分子材料中填充高导热、绝缘和低膨胀材料，制备出高导热绝缘粘结材料。l根据电阻箔复合材料电阻温度系数自动补偿原理，由于粘结材料的低膨胀特性，将降低平面电阻器用电阻箔复合材料的电阻温度系数，提高其阻值精度。l而粘结材料的高导热性能，将能提高此平面电阻器用电阻箔复合材料的使用功率密度。l柔性电阻膜可用于航空航天上电子仪表以及日用电器的加热或保温，也可用于飞行服和潜水服的保温以及用于军事伪装上假目标的示假等。34l层状复合材料，如双金属复合材料的复合机理复合机理极为复杂，尽管长期以来人们为此做了大量的研究探索工作，但迄今为止，许多机
13、理仍未被人们所揭示和了解。l许多学者提出了不同的合机理，这些理论促进了复合材料生产的发展。l反过来，复合材料生产工艺的不断改进又促使复合理论日趋完善。35三阶段理论三阶段理论l该理论认为，任何在高温加压条件下进行的双金属复合双金属复合过程都包含三个阶段过程都包含三个阶段。l第一阶段是双金属间物理接触物理接触的形成阶段，在整个接触面上相互接近到能够引起物理作用的距离或足以产生弱化学作用的距离。l第二阶段是化学相互作用化学相互作用阶段，双金属接触表面激活并形成化学键，实现双金属间的结合。l第三阶段是扩散扩散阶段，各组元金属中的原子通过结合面相互扩散，以增进结合强度，此阶段要根据扩散区及新相的性质控
14、制扩散过程。36l层状复合材料在使用过程中的一些问题也有待解决。l层状金属材料的连接问题连接问题，如铜/铝复合材料，如何有效连接，同时不形成界面脆性相。l层状复合材料在经历热震动时，可能会因为膨胀系数的差别而出现分层现象分层现象。l复合材料回收利用过程中不同材料的分离不同材料的分离问题，如铜/钢复合，如何将铜、钢分别有效回收。37生产过程中，边角料的利用问题！生产过程中，边角料的利用问题！38第第1章章 绪论绪论l层状复合材料定义l层状复合材料分类l层状复合材料基本特点l层状复合材料应用与发展简介39思考题思考题根据层状复合材料的定义，对一种层状复合材料的结构进行描述？试结合一种层状复合材料，分析层状复合材料生产和使用中可能遇到的问题。40Thank you!41
