搜档网
当前位置:搜档网 › A380复合材料的应用

A380复合材料的应用

A380复合材料的应用
A380复合材料的应用

A380飞机结构的先进材料和工艺

中国航空工业发展研究中心航空技术所任晓华

A380的寿命要达到40-50年,因此必须选用先进且新型材料和工艺技术,为未来飞机搭建技术平台。这些技术不仅经过了大量全尺寸试验验证而且经过了航空公司维修专家的评审(符合检查和维修标准)。

A380结构设计准则(见图1)。重复的拉伸载荷加上载荷的变化将会在金属结构内产生微小的疲劳裂纹。裂纹增长速度以及残余强度(当裂纹产生时)将指导选择何种材料。为了防止结构由外物损伤,需要考虑材料的损伤容限性能。

压力载荷需要考虑采用屈服强度和刚度好的材料,以增加稳定性。抗腐蚀能力是选择材料和工艺的另一个重要准则,尤其是在机身下部。选择材料和工艺目标的一部分是使结构轻量化。因此,复合材料是很好的选择,但必须了解设计准则和维修需要。材料的选择不仅仅是考虑设计准则,同时还要考虑生产成本和采购问题。

1新型且先进的金属材料

从A380选材的分布来看(见图2),铝合金占的比重最大,达机体结构重量的61%,因此要实现性能改进,必须开发创新的铝合金材料和工艺技术,具体是提高强度和损伤容限,加强稳定性并提高抗腐蚀能力。尤其是在A380机翼部位(机翼的80%以上是铝合金材料)要提高性能。

A380-800飞机在铝合金结构上取得的主要成就包括:

·在机身壁板上引用了很宽的钣金材料,减少了连接件从而减轻了重量;

·在主地板横梁上采用了先进的铝锂合金挤压件,在这一部位的应用可与碳纤维增强塑料相媲美;

·在机翼大梁和翼肋上选择了新型7085合金,这种合金在很薄的板材和很大锻件上性能优于通常的高强度合金;钛合金由于具有高强度、低密度,高损伤容限和抗腐蚀能力使其代替钢而广泛应用,但是它的高价格使其应用受到限制。在A380的结构中,钛合金用量较空中客车其它机型有所增加,达到10%。仅仅挂架和起落架的钛合金用量就增加了2%。

·A380挂架的主要结构是空中客车公司第一次采用全钛设计。在A380飞机上采用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V,在B退火状态下最大的断裂韧性和最小的裂纹增长速度。

·在A380上第一次采用了新型钛合金VST55531,这种新的钛合金是空中客车公司与俄罗斯制造商共同开发的,能够为设计者提供良好的断裂韧性和高强度综合性能。这种合金目前用于A380飞机的机翼和挂架之间的连接件,进一步的应用还在研究当中。

2.A380复合材料的应用

A380复合材料的主要应用见下图3。

A380是空中客车第一次大范围在大型民用运输机上应用复合材料的飞机。在空中客车公司,A310是第一次在襟翼盒上应用复合材料的飞机;A320是投产的第一架全复合材料尾翼飞机;A340飞机的机翼的13%重量是复合材料;而A340/500-600则采用了碳纤维增强塑料龙骨梁。而A380飞机是空中客车第一次将碳纤维增强塑料(CFRP)应用于中央翼盒的飞机,这种结构与铝合金相比减重1.5吨。A380上的中央翼盒重8.8吨,其中5.3吨是复合材料。面临的主要问题是翼根的连接和零件的厚度,复合材料零件的厚度能够达到45mm。但是有生产A340/500-600则采用了碳纤维增强塑料龙骨梁(16m长,23mm厚,每根梁承载450吨)的经验。另外在A340-600飞机上还有襟翼翼盒、方向舵以及水平安定面和升降舵的整体复合材料设计经验。

A380飞机的CFRP水平尾翼与A310飞机的悬壁式机翼相近,而在中央翼盒上采用了合理的自动铺带技术。此外,上地板梁和后压力隔框也采用了CFRP材料。这些零件的第一个采用了挤压成形工艺,第二个试用了树脂模浸渍工艺和自动纤维铺放技术,最后由于形状的

原因,最后选择了树脂模浸渍工艺。在后机身非承压部位由于是双曲度壁板,所以采用了自动化纤维铺放技术生产蒙皮壁板,高载荷承力框则采用高强铝合金加工,而承载较小的框则采用RTM制造工艺。A380机翼固定前缘为热塑性复合材料,能够减重并节约成本。这项技术已经在A340-600飞机上验证,改善了损伤容限和可检测性,进一步的应用还在研究中,例如应用于机身的次承力支架系统。

机翼后缘移动面采用了CFRP,并在难以用一般技术获得的成形零件上采用了RTM技术,如移动面的铰链和翼肋零件。内侧襟翼与增升装置容易受到外来物的损伤,但考虑到减重问题,金属结构设计在这方面并不优于复合材料设计。因此,在A380飞机的襟翼跟踪梁的设计中采用了金属与复合材料的混合结构,在横向壁板和次承力翼肋处用CFRP代替了铝合金。另外,空中客车公司还首次将CFRP翼肋用于翼盒中代替铝合金。最终在襟翼的中外翼部分、襟翼的整流罩以及扰流板和副翼上也采用了CFRP材料。

在夹层结构方面,主要的创新是采用轻型蜂窝代替了原来使用的芳纶纸蜂窝。在A380上的典型应用包括腹部整流罩(超过300平方米)及地面这类大尺寸结构件。用整体设计概念代替夹层结构的发展趋势,有可能在A380的机身和机翼起落架舱门上得到应用。

但是复合材料技术的应用必须在合理的成本下提供高的性能。因此,在A380飞机上采用了自动丝束铺放、自动铺带、树脂膜浸渍以及树脂转移成型这些低成本生产技术,不仅能够生产大型复合材料零件,而且降低了装配成本。

3.GLARE技术(见图4)

GLARE蒙皮用于A380飞机的上机身蒙皮。采用GLARE工艺技术可以实现局部增强,并且厚度变化可以通过一次固化实现。这种制造方法相对于铝合金壁板来说可以增加机身宽度,从而减少了纵向壁板连接点。在机身上应用GLARE材料主要是由于其断裂机械性能好,能够显著提高抗裂纹增长能力。另一方面,玻璃纤维与铝合金相比弹性模量低,同样厚度下与普通铝合金Al2024相比刚性小15%。这是为什么在稳定性和抗弯能力要求高的结构零件中不选用GLARE材料的原因。GLARE材料相比铝合金的另一个优点是抗腐蚀及防火能力强,为此空中客车公司开展了许多局部及全尺寸样件的试验,以验证这种新材料的性能。自从1999年10月以为,德国空军就在A310多用途飞机的机身上采用了GLARE材料,该设计通过了验证并且发布了相关的结构修理手册。在A380-800飞机蒙皮上应用了大约500平米的GLARE材料。GLARE材料的进一步应用还在研究中,有望替代尾翼前缘,从而改善鸟撞性能。

4.激光焊(见图5)

激光焊是空中客车公司在A318飞机上开发的用于机身下壁板制造工艺。该工艺在A380飞机上代替铆接首先应用于下机身壁板的桁条,从而使结构概念从组装结构过渡到整体结构,减少了裂纹增长。激光焊技术的发展还促进了可焊合金Al6056和Al6013的发展。用激光焊接的壁板已经过了压力试验并进行了单双曲度壁板的验证。结果证明该工艺不仅节约成本,而且提高抗腐蚀能力并可减重。激光焊在A380上的进一步应用可能是蒙皮与卡箍的连接部位以及起落架舱处的压力隔框。

5.结论

A380飞机的大部件结构零件采用了新一代CFRP复合材料和先进的金属材料,除了减重效果外,还能提供更具优势的使用可靠性,且维护和维修更简便。主要创新包括:

·上机翼蒙皮采用了GLARE材料;

·在下机身蒙皮应用了6000系列铝合金和激光焊接技术;

·中央翼盒为碳纤维增强塑料;

·开发了一种先进的铝合金用于翼盒;

·采用了铝锂合金;

·采用了一种新型钛合金并且提高了钛相当于钢的比例。(end)

航空钛合金结构的几种典型损伤形式及控制

刘道新刘元镛刘双梅樊国福何家文

Several Typical Damages of Ti-alloy in Aero-Components and

Its Control

讨论了钛合金在航空工程应用中可能发生的几种典型破坏形式,其中包括:微动磨损、微动疲劳、热盐应力腐蚀、氢脆、低熔点金属致脆及接触腐蚀等,分析这些破坏类型产生的基本条件、特征,简要介绍每种损伤的防护和控制技术措施以及在维修中应注意的问题。

钛合金因其比强度高、热稳定性好、耐腐蚀性能优异等特点,而成为制造高性能航空发动机风扇、压气机盘、叶片等重要结构的主选材料。然而,钛合金和其他材料相比,对下述几种失效形式较为敏感:钛合金耐磨性能低于钢和镍基合金等,对微动疲劳和微动磨损损伤十分敏感;在一定的温度和应力条件下钛合金构件易产生热盐应力腐蚀和低熔点金属致脆破坏;同时,钛合金对氢脆损伤也十分敏感;另外,钛合金是钝化能力很强的金属材料,因此在一般大气环境和海洋气候环境下具有优异的抗腐蚀性能,但因其自由腐蚀电位很高,易导致与其他金属构件的严重接触腐蚀。上述几种破坏形式是航空钛合金结构易于发生或相关的典型损伤,是影响钛合金在航空结构中安全应用的主要障碍,因此,深入认识这些破坏形式产生的条件和基本特征,并了解其防护和控制措施,对保障飞机安全运行十分重要。

钛合金航空结构件常见的损伤形式及防护

1.氢脆与热盐应力腐蚀

钛合金与高强度钢类似,对氢脆损伤十分敏感,造成钛合金结构氢脆隐患的表面工艺技术主要是湿法镀(电镀、化学镀等)。对于湿法镀引起的钛合金氢脆行为已进行了较多的研究,一般认为,钛合金中氢含量超过125ppm,便会产生氢脆,而电镀或化学镀50μm厚的镍层,钛合金中可吸入240ppm氢;电镀100μm 铬,钛合金基体内可吸入360ppm的氢,即使300℃除氢12小时,仍有180ppm 的氢残留,并且用加热法难以把氢彻底除尽。由于钛合金在高温环境下吸氢能力强,因此热处理工艺不当也会导致钛合金氢脆损伤。另外,由研究结果表明,利用氨气或氢气为工作介质进行钛合金表面氮化处理,也存在氢脆隐患。

除纯钛外,几乎所有钛合金都对热盐应力腐蚀HSSCC敏感,其最敏感的温度范围是280~430℃,该温度范围正是航空发动机压气机的工作温度,故热盐应力腐蚀破坏是影响钛合金在发动机中安全应用的重要损伤形式。扫描电镜(SEM)分析也表明,热盐应力腐蚀断口微观特征与氢脆相似,图1为TC11

Ti6.5Al3.3Mo1.5Zr0.25Si钛合金在500℃时与固态NaCl接触,利用慢应变速率拉伸加载实验(SSRT)所得断口SEM形貌,其特征为解理与沿晶混合型,

类似氢脆损伤,而试样断裂应变只有不接触NaCl试样的37%。在沿海服役的飞机其发动机钛合金构件表面由于沉积盐分而构成HSSCC破坏隐患;另外,在飞机日常维护或定期检修中,发动机钛合金构件表面上维修人员的汗水清理不彻底,也可能带来HSSCC损伤隐患。

影响钛合金氢脆和HSSCC损伤的因数包括力学、冶金和环境3个方面,防止其损伤的技术措施应从这3个方面入手。如在可能的情况下,尽量使用对氢脆和HSSCC破坏敏感性低的材料,避免局部应力集中,采用低氢脆或无氢脆隐患的热表工艺,定期严格彻底地清理钛合金构件表面的沉积盐份,维修中避免汗水留在钛合金构件表面,在钛合金构件表面沉积氢扩散阻挡层等。

2.微动疲劳和微动磨损损伤

构件在循环载荷作用下,由于表面某一部位与其他接触表面间产生小振幅相对滑动(即微动)而导致构件微动疲劳fretting fatigue,FF损伤;当无外加循环载荷作用时,微动作用可导致构件表面磨损破坏,即微动磨损(fretting wear FW)。微动疲劳和微动磨损损伤是各种压配合或收缩配合构件(如铆接件,螺栓、榫槽、锥套、法兰联结件,键或销固定件,弹簧密封或支承面,电插接件等)在交变应力或环境振动作用下的主要破坏形式,据估计在航空结构破坏中涉及微动损伤的比例高达90%。而钛合金耐磨性能差,因而对微动损伤十分敏感,研究表明微动作用通常使钛合金疲劳极限降低20%~50%。因此提高钛合金微动损伤抗力已成为发展高可靠性航空发动机的重要研究课题。

钛合金的微动损伤抗力与钛合金的化学成分、显微组织结构、机械性能密切相关。如在相同的实验条件下,微动使纯钛疲劳极限降低38%,而使Ti6Al4V 合金微动疲劳极限下降62%。钛合金优异的耐蚀性能是依靠其表面形成致密的钝化膜,然而,微动作用使钛合金表面保护膜连续不断地去除,同时造成缺口效应,使钛合金疲劳强度显著降低。钛合金微动损伤表面通常以疲劳脱层为特征,只有在接触压力较高或温度较高,或在无氧存在的环境下,粘着磨损才较为显著。同时微动作用也可造成构件疲劳抗力的大幅度下降,其微动疲劳强度仅为常规疲劳强度的50%。微动损伤过程涉及疲劳、磨损和腐蚀失效形式,因此是一个十分复杂的过程,与材料、结构、环境、力学等多门学科相关,影响因素多达50余个。近年来研究结果表明,接触压力、位移幅、接触几何和摩擦系数是最为重要的影响因素。

利用表面涂层和改性技术是提高钛合金微动损伤抗力的重要措施,目前提高钛合金微动损伤抗力的表面处理技术不下数10种,如:喷丸强化、化学转化层(阳极氧化)、激光氮化、电镀层、干膜润滑层、等离子喷涂或爆炸喷涂涂层、物理气相沉积膜层、有机涂层、离子注入等,其中喷丸(SP)强化是公认的最有效的方法,它可使Ti6Al4V合金常规疲劳(PF)极限提高15%,而使微动疲劳极限提高50%,即SP改善钛合金FF抗力的作用较对PF显著。另外,不恰当的复合处理未必取得理想的结果,如钛合金表面SP处理后,再进行离子注入氮、碳或等离子喷涂CuNiIn合金层,其FF抗力尚不及单独SP处理好。

3.低熔点金属致脆(或接触污染)

某些低熔点金属材料在一定的温度和应力条件下,会造成钛合金脆性开裂,即低熔点金属致脆(MIE)现象,生产中通常称为接触污染。当致脆金属为液相时,称之液态金属致脆(LMIE),当致脆金属处于固相时,则称为固态金属致脆(SMIE)。对钛合金与银、铜、镉、铝等接触时的高温力学性能的研究表明,在一定的温度和应力条件下,钛合金不仅有镉脆、银脆隐患,而且还存在铜脆和铝

脆问题。力学因数(应力、应变速率、加载方式)、冶金因数(热处理制度、组织结构和织构)、接触方式和环境温度等对钛合金MIE敏感性有重要影响,图2示出附真空沉积银层TC11钛合金与裸件的断裂应变比值εb/εbf(%)及试样断裂形态。从图中可看到,随着温度升高,银脆敏感性增大,400℃可近似看作TC11合金银脆的下限温度,这一下限温度与高压压气机工作温度接近。

图1TC11钛合金热盐应力腐蚀断口SEM形貌

图2温度对TC11合金银脆敏感性的影响(MS Ag)

MIE的机理是低熔点金属原子与钛合金基体作用,使钛原子键合强度降低,或形成脆性金属间化合物相,使其塑性指标降低,产生脆性开裂。MIE断裂微观特征与氢脆或HSSCC相似,为沿晶和解理混合型,如图3所示。避免钛合金MIE 失效的技术途径也应从其影响因数入手,如尽量避免钛合金构件与有脆化隐患的金属接触,或在钛合金构件表面镀阻挡层,对发动机压气机构件尽可能选择MIE 敏感性低的钛合金材料。研究表明,镍镀层可较有效地控制钛合金的银脆开裂,抗蠕变能力好的TC11钛合金较Ti6Al4V或Ti8Al1Mo1V钛合金有更高的MIE抗力。

4.接触腐蚀(或电偶腐蚀)

钛合金活性高,极易与氧结合而在其表面形成一层结合牢固、致密、自愈合能力强的氧化膜。因此,钛合金在淡水、海水、硝酸、铬酸、次氯酸、多种有机物、低于3%的HCl、低于4%的H2SO4等介质中有良好的耐蚀性,其化学稳定性显著优于不锈钢。如在以硫酸为主的溶液中,钛的钝化电位范围高达20V,而不锈钢钝化电位范围仅0.25V;在0.1摩尔NaCl中,不锈钢钝化膜被击穿发生点蚀的电位为0.28V,而钛却高达12V。然而,由于钛合金在通常腐蚀环境下的自然腐蚀电位高,因而钛合金构件易于引起与之相接触的其他金属构件的接触腐蚀(或电偶腐蚀)破坏,如钛合金紧固件常导致铝合金板结构紧固孔周围严重

的接触腐蚀破坏;钛合金压气机盘、叶片造成耐热不锈钢固定卡环的严重接触腐蚀,进而影响发动机的安全性。

接触腐蚀敏感性与材料性质、表面状态、腐蚀环境、阴阳极面积比等因数有关,尤其要重视对结构件工况的分析。如在室温大气环境下,有关航空标准或文件中认为耐热不锈钢与钛合金是接触相容的,而在高温工况(400℃)下导致不锈钢表面次表层贫Cr,如图4所示,而钛合金钝性进一步增强,阴阳极电极电位差增大,接触腐蚀倾向增加。提高材料接触腐蚀抗力的技术措施包括合理选材、合理设计、利用表面涂(镀)层隔离、控制腐蚀环境等,如利用真空离子镀铝技术处理钛合金紧固件,能有效地控制钛合金紧固件与铝合金结构件之间的接触腐蚀,据报道这一技术在麦道飞机上得到了广泛应用;镍镀层和化学钝化处理则可以解决钛合金与耐热不锈钢构件间的接触腐蚀问题。

钛合金因其自身的独特优点而得到航空工业的重视,成为现代飞机和发动机的重要结构材料。然而,常常由于上述各种失效形式影响其安全应用,因此,对于航空结构设计和维修人员,必须深入了解这些损伤形式的规律、产生条件、诊断和分析方法,采取科学合理的技术手段,防止和有效地控制其失效的发生。注重工况分析,以及设计、制造、维护和维修全过程的综合系统分析,以保障航空结构的高可靠性。

金属基复合材料的种类与性能

金属基复合材料的种类与性能 摘要:金属基复合材料科学是一门相对较新的材料科学,仅有40余年的发展历史。金属基复合材料的发展与现代科学技术和高技术产业的发展密切相关,特备是航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展对材料提出了日益增高的性能要求,除了要求材料具有一些特殊的性能外,还要具有优良的综合性能,有力地促进了先进复合材料的迅速发展。单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料均难以满足这些迅速增长的性能要求。金属基复合材料正是为了满足上述要求而诞生的。 关键词:金属;金属基复合材料;种类;性能特征;用途 1. 金属基复合材料的分类 1.1按增强体类型分 1.1.1颗粒增强复合材料 颗粒增强复合材料是指弥散的增强相以颗粒的形式存在,其颗粒直径和颗粒间距较大,一般大于1μm。 1.1.2层状复合材料 这种复合材料是指在韧性和成型性较好的金属基材料中含有重复排列的高强度、高模量片层状增强物的复合材料。片曾的间距是微观的,所以在正常比例下,材料按其结构组元看,可以认为是各向异性的和均匀的。 层状复合材料的强度和大尺寸增强物的性能比较接近,而与晶须或纤维类小尺寸增强物的性能差别较大。因为增强物薄片在二维方向上的尺寸相当于结构件的大小,因此增强物中的缺陷可以成为长度和构件相同的裂纹的核心。 由于薄片增强的强度不如纤维增强相高,因此层状结构复合材料的强度受到了限制。然而,在增强平面的各个方向上,薄片增强物对强度和模量都有增强,这与纤维单向增强的复合材料相比具有明显的优越性。 1.1.3纤维增强复合材料 金属基复合材料中的一维增强体根据其长度的不同可分为长纤维、短纤维和晶须。长纤维又叫连续纤维,它对金属基体的增强方式可以以单项纤维、二维织物和三维织物存在,前者增强的复合材料表现出明显的各向异性特征,第二种材料在织物平面方向的力学性能与垂直该平面的方向不同,而后者的性能基本是个向同性的。连续纤维增强金属基复合材料是指以高性能的纤维为增强体,金属或他们的合金为基体制成的复合材料。纤维是承受载荷的,纤维的加入不但大大改变了材料的力学性能,而且也提高了耐温性能。 短纤维和晶须是比较随机均匀地分散在金属基体中,因而其性能在宏观上是各向同性的;在特殊条件下,短纤维也可以定向排列,如对材料进行二次加工(挤压)就可达到。 当韧性金属基体用高强度脆性纤维增强时,基体的屈服和塑性流动是复合材料性能的主要特征,但纤维对复合材料弹性模量的增强具有相当大的作用。 1.2按基体类型分 主要有铝基、镁基、锌基、铜基、钛基、镍基、耐热金属基、金属间化合物基等复合材料。目前以铝基、镁基、钛基、镍基复合材料发展较为成熟,已在航天、航空、电子、汽车等工业中应用。在这里主要介绍这几种材料 1.2.1铝基复合材料 这是在金属基复合材料中应用最广的一种。由于铝合金基体为面心立方结构,因此具有良好的塑性和韧性,再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及价格低廉等优点,为其在工程上应用创造了有利条件。再制造铝基复合材料时通常并不是使用纯铝而是铝合金。这主要是由于铝合金具有更好的综合性能。

金属基复合材料的现状与展望

金属基复合材料的现状与 展望 学院:萍乡学院 专业:无机非金属材料 学号:13461001 姓名:蒋家桐

摘要综述了金属基复合材料的进展情况,重点阐述了颗粒增强金属基复合材料和金属基复合 涂层的进展,包括其性能、现有品种、制备工艺、应用情况. 同时报道了目前本领域研究存在的问 题,如:力学问题、界面问题、热疲劳问题,并在此基础上展望发展前景. 关键词颗粒增强金属基复合材料,复合涂层材料,界面,热疲劳,功能梯度材料 随着近代高新技术的发展,对材料不断提出多方面的性能要求,推动着材料向高比强度、高比刚度、高比韧性、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等多方面发展[1 ] . 复合材料的出现在很大程度上解决了材料当前面临的问题,推进了材料的进展.金属基复合材料(MMC) 是以金属、合金或金属间化合物为基体,含有增强成分的复合材料. 这种材料的主要目标是解决航空、航天等高技术领域提高用材强度、弹性模量和减轻重量的需要,它在60 年代末才有了较快的发展,是复合材料一个新的分支. 目前尚远不如高聚物复合材料那样成熟,但由于金属基复合材料比高聚物基复合材料耐温性有所提高,同时具有弹性模量高、韧性与耐冲击性好、对温度改变的敏感性很小、较高的导电性和导热性,以及无高分子复合材料常见的老化现象等特点,成为用于宇航、航空等尖端科技的理想结构材料. 1 进展情况 目前,金属基复合材料基本上可分为纤维增强和颗粒增强两大类,所用的基体包括Al , Mg ,Ti 等轻金属及其合金以及金属间化合物等,也有少量以钢、铜、镍、钴、铅等为基体. 增强 纤维主要有碳及石墨纤维、碳化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维等,增强颗粒有碳化硅、氧化铝、硼 化物和碳化物等. 用以上的各种基体和增强体虽可组成大量金属基复合材料的品种,但实际上 只有极少几种有应用前景,多数仍处在研究开发阶段,甚至也有不少品种目前尚看不到其应用 前景[2 ] . 1. 1 纤维增强金属基复合材料 纤维增强金属基复合材料,由于具有高温性能好、比强度、比模量高、导电、导热性好等优 点,而成为复合材料的主要类型. 1. 2 颗粒增强金属基复合材料 由于纤维增强金属基复合材料存在上述缺点,从而未能得以大规模工业应用,只有美国、 日本等少数发达国家用于军事工业. 为此,近年来国际上又将注意力逐渐转移到颗粒增强金属 基复合材料的研究上. 这一类金属基复合材料与纤维增强金属基复合材料相比制备工艺简单, 成本低,可采用常规金属加工设备来制造,这样有利于其开发和应用. 可见,颗粒增强金属基复 合材料是非常有发展前途的. 金属基颗粒复合材料通常是作为耐磨、耐热、耐蚀、高强度材料开发的,目前用于颗粒增强

浅谈热塑性复合材料在汽车上的应用

浅谈热塑性复合材料在汽车上的应用 本文阐述了热塑性复合材料在汽车上的应用。 标签:热塑性;复合材料;汽车 热塑性复合材料是以热塑性树脂为基体的复合材料。常用的热塑性树脂有聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺和聚砜等。主要的增强纤维是短玻璃纤维、碳纤维、织物纤维及其他充填物,一般纤维体积含量约为20%~30%,最大可达到40%~55%。大多数情况下,纤维及充填物无方向随机排布。纤维的主要增强效果是提高强度和耐磨性,改善基体的耐热性和蠕变抗力,使用玻璃纤维和碳纤维增强的热塑性树脂,其拉伸强度和抗弯模量可提高2倍至6倍,但冲击强度有所降低,广泛用于汽车工业、化工、电子及航空工业。 随着热塑树脂基复合材科学技术的不断成熟以及可回收用的发展,该品种的复会材料发展较快,欧美发达国家热热塑性复合材料已占到树基复合材料总量的30%以上。 1.在汽车外饰件上的应用 汽车外饰主要指汽车前后保险杠、汽车车身裙板、进气格栅、散热器面罩、外侧围、扰流板、防擦条、车门外开手柄、前后风挡玻璃等等。 在以往汽車外饰中经常使用的材料一般是热固性材料,这种材料的废弃件和边角余料经常是通过掩埋或者焚烧进行处理的,这样的处理方式会造成环境的污染问题。但是使用热塑性材料则不会出现些类似问题,热塑新材料不仅可以进行循环利用,还具有密度低、成本低、生产效率高等特点。在生产中使用这一材料代替金属材料或者是热固性材料可以实现轻量化的设计和生产,所以这种材料在汽车中的使用范围越来越广。 在过去的一段时间内,没有使用热塑性材料是因为其无法进行喷涂,而且表面的质量较差,使其无法再外饰件中广泛使用。但是经过新兴技术的不断研发,使其在外饰件中的使用成为可能,而且逐渐成为热门。 戴姆勒福莱纳车型的挡泥板和保险杠采用了30%长玻纤增强PP材料,解放J6的保险杠支架采用了40%长玻纤增强PP材料。 2.在汽车内饰件上的应用 汽车内饰系统是汽车车身的重要组成部分,而且内饰系统的设计工作量占到车造型设计工作量的60%以上,远超过汽车外形,是车身最重要的部分之一。 汽车内饰主要包括以下子系统:仪表板系统、副仪表板系统、门内护板系统、

浅谈中职学校就业方向英语教学

浅谈中职学校就业方向英语教学 摘要:中职学校英语教学具有很强的挑战性和灵活性,老师不但要具有深厚的专业知识,更需要根据中职学生与普通中学学生性质的不同而有针对性地进行英语教学。中职英语老师需要有针对性的备课,灵活多变的课堂组织教学,以及不可忽略的课后教学。 关键词:中职学生就业方向英语教学 中图分类号: g718 文献标识码: c 文章编号:1672-1578(2011)11-0215-02 许多中等职业学校的教师都认为教学就是把自己所学知识倾囊 相授,这些年教学实践使笔者明白中职英语教学具有很强的挑战性和灵活性,老师不但要具有深厚的专业知识,更需要根据中职学生与普通中学学生的性质不同,而有针对性地进行英语教学。下面笔者主要针对就业方向的中职学生浅谈一下英语教学应该注意的几点: 1 有针对性地备课 中等职业学校学生的文化知识一般比较差,英语老师在教学前是否认真的有针对性的备课是教学是否成功的首要条件,备课时教师要熟悉大纲和教材,把握教学内容;分析教学任务,明确教学目标;研究学生特点和性质以及学生的知识基础,选择教学方法;设计教学过程,编写教学计划,从而为上课做好充分的准备。中等职业学校就业方向的英语教学应以“适用”为备课原则,以求学生能掌握一些基础英语知识以及能说一些日常生活适用的英语,很多属于高

考的英语知识点或难点则可以选择不予讲解。 2 进行有效的课堂组织教学 2.1激发学习英语的激情与兴趣 每个教师都明白学习兴趣对于教学的重要性,而在中职学校教学过程中这一点显得尤为重要,中职学生在中学的文化课已经相对薄弱,这严重导致了他们缺乏对文化课的学习兴趣,进入中职学校还要学习文化课,他们显然没有任何的学习兴趣,尤其是英语这一学科,一些学生甚至连26个英语字母都在中学时没能掌握,不能准确的针对国际音标发音,怎能还有学习兴趣?所以作为一名中职学校的英语教师,怎样唤醒中职学生的英语学习兴趣是一个教学过程中的一个重点也是难点,培养中职学生学习英语的激情与兴趣应该从两点出发:首先,要从教师本身出发。我们很多人都认为老师一般都需要在学生面前建立自己的威信,这点的确需要,但是往往很多老师过于严肃,让学生产生了相当大的畏惧心理,再加上教学内容全是枯燥的英语语法知识,中职学生怎能对英语学习充满学习兴趣?其实老师上英语课应该一改严肃的教学风格,上课可以带上丰富的肢体语言,英语语言可以抑扬顿挫,面部表情可以根据授课内容而变化,同时老师面对学生要少一点架子,多一点的尊重和真诚,少一点尖酸刻薄,多一点赏识和信赖,少一些冷漠,多一点的热情和交流.师生之间只有互相了解,互相沟通,互相平等,学生才会喜欢你,才会爱你,到那时候,“亲其师而信其道”,一名这样的英语教师在学生喜欢的环境下教学必定充满了教学乐趣,学生同时也

金属基复合材料综述

金属基复合材料综述 专业: 学号: 姓名: 时间:

金属基复合材料综述 摘要:新材料的研究、发展与应用一直是当代高新技术的重要内容之一。其中复合材料,特别是金属基复合材料在新材料技术领域中占有重要的地位。金属基复合材料对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化,起到了至关重要的作用,因此倍受人们重视。本文概述了金属基复合材料的发展历史及研究现状,对金属基复合材料的分类、性能、应用、制备方法、等进行了综述,提出了金属基复合材料研究中存在的问题,探讨了金属基复合材料的发展趋势。 关键词:金属基复合材料;分类;性能;应用;制备;发展趋势 Abstract: The research development and application of new composites are one of the important matters in modern high science and technology. This paper summarizes the met al matrix composites and the development history of the present situation and the classific ation of the metal matrix composites, performance, application and preparation methods, w as reviewed, and put forward the metal matrix composites the problems existing in the res earch, discusses the metal matrix composites trend of development. Keywords: Metal matrix composites; Classification; Performance; Application; Preparation; Development trend. 1.引言 复合材料是继天然材料,加工材料和合成材料之后发展起来的新一代材料。按通常的说法,复合材料是指两种或两种以上不同性质的单一材料,通过不同的复合方法所得到的宏观多相材料。随着现代科学技术的迅猛发展,对材料性能的要求日益提高。常希望复合材料即具有良好的综合性能,又具有某些特殊性能。金属基复合材料是近年来迅速发展起来的高性能材料之一,对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化,起到了至关重要的作用。相信随着科学技术的不断发展,新的制造方法的出现,高性能增强物价格的不断降低,金属基复合材料在各方面将有越来越广阔的应用前景。

木塑复合材料概述汇总

木塑复合材料 摘要:木塑复合材料具有比单独的木质材料和塑料产品更优异的品质,是实木的理想替代品,它的出现可以减少废弃木料和塑料对环境的污染,也适应现代材料复合化发展的规律。本文介绍了木塑复合材料的定义、特点、加工工艺、分类和应用以及未来发展的趋势,并对木塑复合材料的优缺点进行了分析,充分肯定了发展木塑复合材料的必要性和可行性。 关键词:木塑;性能;加工工艺;分类;应用;发展趋势 随着森林资源的减少,木材供应量逐渐下降,已不能满足人们的生产生活需要。同时,塑料制品废旧物的处理也日益成为一个急待解决的环境问题。一种新型材料——木塑复合材料成为木材的理想代用品。木塑复合材料系使用木粉或植物纤维超高份额填充热塑性塑料树脂或热塑性塑料再生料,添加部分相关改性剂,经挤出成型为板材、型材、管材而成。此类产品可替代相应木制品,人们由此可节约大量的森林资源,处理掉大量的废旧塑料及木材加工中产生的废弃木粉,故可大大有利于保护并改善生态环境,是符合2l世纪发展方向的环保型化工新材料。 1 木塑复合材料定义及特点 1.1 木塑复合材料的定义 木塑复合材料是以锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、谷糠、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸杆等初级生物质材料为主原料,利用高分子界面化学原理和塑料填充改性的特点,配混一定比例的塑料基料,经特殊工艺处理后加工成型的一种可逆性循环利用、涵盖面广、产品种类多、形态结构多样的基础性材料,目前国内外对此称谓不一,也有将其称之为:塑木、环保木、科技木、再生木、聚合木、聚保木、塑美木或保利木,英文名称:Wood-Plastic Composites,缩写为WPC。一般说来,以生物质材料为基添加一定比例的塑料原料制成的材料,或以塑料原料为基添加一定比例的生物质材料制成的材料,均可称为木塑复合材料。 1.2 木塑复合材料的特点: (1)原料资源化,其生物质材料部分基本分为废弃物利用,来源广泛,价值低廉;塑料组分要求不高,新、旧料或混合料均可,充分体现了资源的综合利用和有效利用; (2)产品可塑化,木塑产品为人工整体合成制品,可根据使用要求随机调整产品工艺和配方,从而生产出不同性能和形状的材料,其型材利用率接近100%; (3)应用环保化,木塑材料的木/塑基料及其常用助剂均环保安全,无毒无害,其生产加工过程中也不会产生副作用,故对人体和环境均不构成任何危害; (4)成本经济化,即木塑制品实现了低价值材料向高附加值产品的转移,不仅维护费用极低,而且产品寿命数倍于普通天然木材,综合比较具有明显的经济优势; (5)回收再生化,即木塑材料的报废产品及回收废品均可100%的再生利用,且不会影响产品使用性能,能够真正实现“减量化、再生化、资源化”的循环经济模式。

纳米复合材料制备

方法: 1.1溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是一种制备纳米复合材料的重要方法,它是将无机相的前驱体(例如:正硅酸乙醋)和聚合单体、低聚物或高聚物在液态状态下相互混溶,实现分子级水平的均匀混合后,发生溶胶一凝胶反应,生成的纳米复合材料的各组分之间可以形成相互连接的范德华力、氢键或者是化学键,防止了相分离的发生。 溶胶凝胶法的特点在于,该方法反应条件温和,分散均匀,甚至可以达到“分子复合”的水平。目前溶胶一凝胶法是应用最多、也比较完善的方法之一。但它也有一些缺点,如前驱物大都是正硅酸烷基酷,价格昂贵而且有毒;干燥过程中由于溶剂、小分子的挥发,使材料内部产生收缩应力,致使材料脆裂,很难获得大面积或较厚的纳米复合材料等。 1.2原位聚合法 原位聚合,即在位分散聚合,是制备具有良好分散效果纳米复合材料的重要方法。该方法将纳米粒子在单体中均匀分散,然后在一定条件下就地聚合,形成纳米复合材料。 (由于这些原位生成的第二相与基体间的界面有着理想的原位匹配,能显着改善材料中两相界面的结合状况。而且,原位复合省去了第二相的预合成,简化了工艺。此外,原位复合还能够实现材料的特殊显微结构设计并获得特殊性能,同时避免因传统工艺制备材料时可能遇到的第二相分散不均匀,界面结合不牢固以及物理、化学反应使组成物相丧失某些特性等不足的问题。原位聚合法可在水相,也可在油相中发生,单体可进行自由基聚合,在油相中还可进行缩聚反应,适用于大多数聚合物基有机一无机纳米复合体系的制备。)原位聚合法反应条件温和,制备的复合材料中纳米粒子分散均匀,粒子的纳米特性完好无损。同时在聚合过程中,只经次聚合成型,不需热加工,避免了由此产生的降解,从而保持了基本性能的稳定。但其使用有较大的局限性,因为该方法仅适合于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。 1.3插层法 插层复合法是将单体或插层剂插层于具有层状结构的硅酸盐(粘土、云母等)、石墨、金属氧化物等无机物中,然后单体在无机片层之间聚合。在此过程中,单体进入无机片层之间,并因聚合可使片层间距扩大甚至剥离,使层状填料在聚合物基体中达到纳米尺度的分散,从而获得纳米级复合材料。 1.3.1溶剂插层法(大分子或预聚物插层法) 该方法首先将层状硅酸盐在一种溶剂(可以是有机溶剂或水)中剥离成单片层,然后将聚合物(对于不溶解聚合物,可使用预聚物)溶解在该混合物中,由于聚合物与层状硅酸盐片层有一定的吸附作用,当除去溶剂后,层状硅酸盐发生聚集,将聚合物夹在层状硅酸盐之间,得到具有一定规整结构的纳米复合材料。 对于水溶性基体,如氧化聚乙烯PEo[聚乙烯醇PV A[s]都使用该方法得到了插层型纳米复合材料,而聚己酸内醋PCL和聚交酷PLA溶解在氯仿中也使用该方法得到了纳米复合材料件。对于不能溶解的一些聚合物,则将其预聚物溶解在含有剥离层状硅酸盐的溶液中,使预聚物吸附在层状硅酸盐上,然后采用物理或化学方法将预聚物转化为目标聚合物,如聚酞亚胺。 1.3.2原位插层聚合法 将层状硅酸盐在液体单体(或单体溶液)中溶胀,然后单体在层间引发聚合,引发可以采

金属基复合材料

14.3.2金属-非金属复合材料 14.3.2.1金属基复合材料的性能特征 金属基复合材料与一般金属相比,具有耐高温、高比强度、高的比弹性模量、小的热膨胀系数和良好的抗磨损性能。与聚合物基复合材料相比,不仅剪切强度高、对缺口不敏感,而且物理和化学性能更稳定,如不吸湿、不放气、不老化、抗原子氧侵蚀、抗核、抗电磁脉冲、抗阻尼,膨胀系数低、导电和导热性好。由于上述特点,使金属基复合材料更适合空间环境使用,是理想的航天器材料,在航空器上也有潜在的应用前景。 14.3.2.2金属基复合材料的研究与应用 表14.101 和表14.102简要概述了各类金属基复合材料在航空航天领域的应用概况。金属基复合材料(MMC)的研究始于20世纪60年代,美国和俄罗斯在航空航天用金属基复合材料的研究应用方面处于领先的地位。20世纪70年代,美国把B/Al复合材料应用到航天飞机轨道上,该轨道器的主骨架是采用89种243根重150g的B/Al管材制成,比原设计的铝合金主骨架减重145g。美国还用B/Al复合材料制造了J-79和F-100发动机的风扇和压气机叶片,制造了F-106、F-111飞机和卫星构件,并通过了实验,其减重效果达20%~66%。苏联的B/AL复合材料与80年代达到实用阶段,研制了多种带有接头的管材和其他型材,并成功地制造出能安装三颗卫星的支架。由于B纤维的成本高,因此自70年代中期美国和苏联又先后开展C/AL复合材料的研究,在解决了碳纤维与铝之间不湿润的问题以后,C/AL复合材料得到应用。美国用C/AL制造的卫星用波导管具有良好的刚性和极低的热膨胀系数,比C/环氧复合材料轻30%.。随着SiC纤维和Al2O3纤维的出现,连续纤维增强的金属基复合材料得到进一步发展,其中研究和应用较多的是SiC/AL 复合材料。连续纤维增强金属基复合材料的制造工艺复杂、成本高,因此美国又率先研究发展晶须增强的金属基复合材料,主要用于对刚度和精度要求较高的航天构件上。美国海军武器中心研制的SiC p/Al复合材料导弹翼面已经进行了发射试验,卫星的抛物面天线、太空望远镜的光学系统支架也采用了SiC p/Al复合材料,其刚度比铝大70%,显著提高了构件的精度。 MMC对航天器的轻质化、小型化和高性能化正在发挥越来越重要的作用。 MMC在航空器上的应用也有很大潜力,英国研制了SCS-6/Ti的发动机叶片,大幅度提高了其承载能力和刚度,优化了气动载荷下的翼型。用SCS-6/Ti代替耐热钢制造的RB211发动机的压气机静子,可使该构件减重40%;采用SCS-6/Ti代替镍基高温合金制作压气机叶环结构转子,可是该部件减重80%;SiC f/Ti 也可望代替不锈钢在F-22试验型飞机制作活塞杆。 表14.101 B/Al复合材料的应用 表14.102 其他MMC的应用背景

C_C复合材料与金属材料的热压连接

万方数据

万方数据

万方数据

万方数据

C/C复合材料与金属材料的热压连接 作者:郭琛, 郭领军, 李贺军, 李克智 作者单位:西北工业大学,超高温复合材料国家重点实验室,陕西,西安,710072 刊名: 炭素技术 英文刊名:CARBON TECHNIQUES 年,卷(期):2009,28(5) 参考文献(16条) 1.李贺军;曾燮榕;李克智碳/碳复合材料研究应用现状及思考[期刊论文]-炭素技术 2001(05) 2.郭领军;李贺军;薛晖;李克智 付业伟短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料的力学性能[期刊论文]-新型炭材料2006(01) 3.J-L LI;J-T XIONG;F-S ZHANG Transient liquidphase diffusion bonding of two-dimensional carbon-carbon composites to niobium alloy 2007(484) 4.张贵锋;张建勋瞬间液相扩散焊与钎焊主要特点之异同[期刊论文]-焊接学报 2002(06) 5.秦优琼;冯吉才;张丽霞C/C复合材料与TC4合金钎焊接头的组织与性能分析[期刊论文]-稀有金属材料与工程2007(07) 6.M SINGH;T P SHPARGEL;G N MORSCHER Active metal brazing and characterization of brazed joints in titanium to carbon-carbon composites 2005(412) 7.P APPENDINO;Monica Ferraris;VMentina Casalegno Joining of C/C composites to copper 2003(68) 8.何鹏;冯吉才异种材料扩散连接接头残余应力的分布特征及中间层的作用[期刊论文]-焊接学报 2002(01) 9.P APPENDINO Direct joining of CFC to copper 2004(329) 10.张福勤;黄伯云;黄启忠Cu-cr合金熔覆表面改性炭/炭复合材料[期刊论文]-矿冶工程 2007(06) 11.陈康华;包崇玺金属/陶瓷润湿性(上) 1997(03) 12.BUCKLEY JD.EDIEDD Carbon-Carbon Materials and Composites 1993 13.李贺军;罗瑞盈;杨峥碳/碳复合材料在航空领域的应用研究现状[期刊论文]-材料工程 1997(08) 14.所俊SiC陶瓷及其复合材料的先驱体高温连接及陶瓷金属梯度材料的制备与连接研究[学位论文] 2005 15.张雷;曲文卿;庄鸿寿碳纤维复合材料与金属连接及接头力学性能测试[期刊论文]-材料工程 2007(z1) 16.Savage G Carbon-carbon composites 1993 本文读者也读过(10条) 1.向巧.罗瑞盈.章劲草.XIANG Qiao.LUO Rui-ying.ZHANG Jin-cao炭/炭复合材料等温CVI工艺计算机模拟的应用[期刊论文]-炭素技术2009,28(1) 2.所俊.陈朝辉.郑文伟.韩卫敏.SUO Jun.CHEN Zhaohui.ZHENG Wenwei.HAN Weimin先驱体硅树脂高温连接 Cf/SiC复合材料--惰性及活性填料对连接性能的影响[期刊论文]-复合材料学报2005,22(4) 3.席琛.李贺军.李克智钨酚醛树脂连接炭/炭复合材料的工艺研究[会议论文]-2004 4.耿浩然.李辉.陈广立铝基钎料钎焊碳/碳复合材料的组织及强度[会议论文]-2008 5.陈铮.金朝阳.顾晓波.邹家生用Cu箔中间层瞬间液相连接SiCP/Al 复合材料的界面现象与连接强度[期刊论文]-焊接学报2001,22(5) 6.纪伶伶.崔红.嵇阿琳.Ji Ling-ling.Cui Hong.Ji A-lin针刺用炭布/网胎复合织物单层增厚及变形性分析[期刊论文]-炭素2010(1) 7.童巧英在线液相渗透连接C/SiC复合材料的显微结构与性能[学位论文]2003

纳米复合材料制备

纳米复合材料制备文件管理序列号:[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]

方法: 1.1溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是一种制备纳米复合材料的重要方法,它是将无机相的前驱体(例如:正硅酸乙醋)和聚合单体、低聚物或高聚物在液态状态下相互混溶,实现分子级水平的均匀混合后,发生溶胶一凝胶反应,生成的纳米复合材料的各组分之间可以形成相互连接的范德华力、氢键或者是化学键,防止了相分离的发生。 溶胶凝胶法的特点在于,该方法反应条件温和,分散均匀,甚至可以达到“分子复合”的水平。目前溶胶一凝胶法是应用最多、也比较完善的方法之一。但它也有一些缺点,如前驱物大都是正硅酸烷基酷,价格昂贵而且有毒;干燥过程中由于溶剂、小分子的挥发,使材料内部产生收缩应力,致使材料脆裂,很难获得大面积或较厚的纳米复合材料等。 1.2原位聚合法 原位聚合,即在位分散聚合,是制备具有良好分散效果纳米复合材料的重要方法。该方法将纳米粒子在单体中均匀分散,然后在一定条件下就地聚合,形成纳米复合材料。 (由于这些原位生成的第二相与基体间的界面有着理想的原位匹配,能显着改善材料中两相界面的结合状况。而且,原位复合省去了第二相的预合成,简化了工艺。此外,原位复合还能够实现材料的特殊显微结构设计并获得特殊性能,同时避免因传统工艺制备材料时可能遇到的第二相分散不均匀,界面结合不牢固以及物理、化学反应使组成物相丧失某些特性等不足的问题。原位聚合法可在水相,也可在油相中发

生,单体可进行自由基聚合,在油相中还可进行缩聚反应,适用于大多数聚合物基有机一无机纳米复合体系的制备。) 原位聚合法反应条件温和,制备的复合材料中纳米粒子分散均匀,粒子的纳米特性完好无损。同时在聚合过程中,只经次聚合成型,不需热加工,避免了由此产生的降解,从而保持了基本性能的稳定。但其使用有较大的局限性,因为该方法仅适合于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。 1.3插层法 插层复合法是将单体或插层剂插层于具有层状结构的硅酸盐(粘土、云母等)、石墨、金属氧化物等无机物中,然后单体在无机片层之间聚合。在此过程中,单体进入无机片层之间,并因聚合可使片层间距扩大甚至剥离,使层状填料在聚合物基体中达到纳米尺度的分散,从而获得纳米级复合材料。 1.3.1溶剂插层法(大分子或预聚物插层法) 该方法首先将层状硅酸盐在一种溶剂(可以是有机溶剂或水)中剥离成单片层,然后将聚合物(对于不溶解聚合物,可使用预聚物)溶解在该混合物中,由于聚合物与层状硅酸盐片层有一定的吸附作用,当除去溶剂后,层状硅酸盐发生聚集,将聚合物夹在层状硅酸盐之间,得到具有一定规整结构的纳米复合材料。 对于水溶性基体,如氧化聚乙烯PEo[聚乙烯醇PVA[s]都使用该方法得到了插层型纳米复合材料,而聚己酸内醋PCL和聚交酷PLA溶解在氯仿中也使用该方法得到了纳米复合材料件。对于不能溶解的一些聚合

热塑性树脂复合材料应用

摘要:热塑性复合材料因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高,成形工艺简单、周期短,材料利用率高,预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展,并逐渐进入航空制造领域。尤其是近年来,在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下,热塑性复合材料在民机上频频崭露头角,在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。热塑性复合材料如果想继续扩大在民机上的应用,必须进入机体主承力构件,然而,热塑性应用于主承力构件还三个挑战,即原材料成本高,铺放工艺缓慢,以及预浸料粘性问题。 关键词:热塑性复合材料碳纤维机体内饰主承力结构 热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳烃纤维及其它材料增强各种热塑性树脂所形成的复合材料,因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高,成形工艺简单、周期短,材料利用率高,预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展,并逐渐进入航空制造领域。尤其是近年来,在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下,热塑性复合材料在民机上频频崭露头角,在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。 1 热塑性复合材料的民机应用潜质 以聚苯硫醚(PPS),聚醚酰亚胺(PEI),聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK)为基体的先进增强热塑性复合材料(TPC),具备高刚度、低加工成本和重新加工能力,拥有良好的阻燃、低烟和无毒(FST)性能,固化周期可以以分钟记,且其成形过程是天生的非热压罐工艺。这些固有属性使其成为轻质、低成本航空结构的理想材料。为西科斯基公司直升机提供大型热塑性复合材料地板的纤维锻造公司提供了如下一组数据:热塑性复合材料比钢轻60%,硬度是其6倍;比铝轻30%;比热固性复合材料强韧2倍;比注射模塑塑料硬5倍;在生产中比板材少60%碎屑。 上述性能特点和数据对比表明,热塑性复合材料是一种天生的航空结构材料,并且在民机应用上拥有巨大的潜质,甚至可能在未来为航空复合材料制造带来一场热塑性革命。 2 热塑性复合材料在民机上的典型应用 目前,热塑性复合材料(TPC)在民机上的应用主要体现在机体结构件和内饰件上,这其中,碳纤维增强PPS的TPC占大多数。 2.1 机体结构件 机体结构件中,TPC主要应用在地板、前缘、控制面和尾翼零件上,这些零件都是外形比较简单的次承力构件。空客A380客机、空客A350客机、湾流G650公务机和阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机都是热塑性机体结构件的应用大户。 空客A380客机上最重要的热塑性复合材料结构件是玻璃纤维/PPS材料的机翼固定前缘。每个机翼有8个固定前缘构件,其中热塑性材料占到了整个用料的三分之二。在固定前缘蒙皮的纤维铺放中,制造商福克航空结构公司选择了先进的超声点焊作为铺放设备的加热系统。

高分子纳米复合材料的制备

高分子纳米复合材料的制备 摘要: 纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的材料科学。由于纳米材料体系具有许多独特的性质,应用前景广阔,而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科,在实际应用和理论上都具有极大的研究价值,所以成为近些年来材料科学领域研究的热点之一,被誉为“21世纪最有前途的材料”[1, 2]。 关键词:高分子纳米复合材料,纳米单元,制备 由于纳米微粒尺寸小、比表面积大,表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大,表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点,从而使纳米粒子出现了许多不同于常规固体的新奇特性,展示了广阔的应用前景;同时它也为常规的复合材料的研究增添了新的内容,含有纳米单元相的纳米复合材料[5]通常以实际应用为直接目标,是纳米材料工程的重要组成部分,正成为当前纳米材料发展的新动向,其中高分子纳米复合材料[6~10]由于高分子基体具有易加工、耐腐蚀等优异性能,且能抑止纳米单元的氧化和团聚,使体系具有较高的长效稳定性,能充分发挥纳米单元的特异性能,而尤受广大研究人员的重视。 高分子纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料,所采用的纳米单元按成分分可以是金属,也可以是陶瓷、高分子等;按几何条件分可以是球状、片状、柱状纳米粒子,甚至是纳米丝、纳米管、纳米膜等;按相结构分可以是单相,也可以是多相,涉及的范围很广,广义上说多相高分子复合材料,只要其某一组成相至少有一维的尺寸处在纳米尺度范围(1 nm~100 nm)内,就可将其看为高分子纳米复合材料。对通常的纳米粒子/高分子复合材料按其复合的类型大致可分为三种:0-0复合,0-2 复合和0-3复合,纳米粒子在高分子基体中可以均匀分散,也可以非均匀分散;可能有序排布,也可能无序排布,甚至粒子聚集体形成分形结构;复合体系的主要几何参数包括纳米单元的自身几何参数,空间分布参数和体积分数,本文主要涉及后两种类型的高分子纳米复合材料。此外,还有1-3复合型,2-3复合型高分子纳米复合材料,高分子纳米多层膜复合材料,有机高分子介孔固体与异质纳米粒子组装的复合材料等等[1]。 纳米单元与高分子直接共混 此法是将制备好的纳米单元与高分子直接共混,可以是溶液形式、乳液形式,也可以是熔融形式共混。可用于直接共混的纳米单元的制备方法种类繁多[15~18],通常有两种形式的制备:从小到大的构筑式,即由原子、分子等前体出发制备;从大到小的粉碎式,即由常规块材前体出发制备(一般为了更好控制所制备的纳米单元的微观结构性能,常采用构筑式制备法)。总体上又可分为物理方法、化学方法和物理化学方法三种。 物理方法有物理粉碎法,采用超细磨制备纳米粒子,利用介质和物料间相互研磨和冲击,并附以助磨剂或大功率超声波粉碎,达到微粒的微细化;物理气相沉积法(PVD):在低压的惰性气体中加热欲蒸发的物质,使之气化,再在惰性气体中冷凝成纳米粒子,加热源可以是电阻加热、高频感应、电子束或激光等,不同的加热方法制备的纳米粒子的量、大小及分布等有差异;还有流动液

金属基复合材料的应用及前景

附录: 题目:金属基复合材料的应用级展望 院(系)轻纺工程系 专业高分子材料加工技术 届别2012届 学号0919080102 姓名汪振峰 指导老师袁淑芳老师 黎明职业大学 2011年12月

金属基复合材料的应用及展望 汪振峰 (黎明大学,福建泉州,362000) 摘要:金属基复合材料是近几年来复合材料研究中的热点。本文综述了金属基复合材料的分类、性能特点、制备方法,总结了其主要进展及应用。 关键词:金属基复合材料;特点;应用 1、前言 随着近代高新技术的发展,对材料不断提出多方面的性能要求,推动着材料向高比强度、高比刚度、高比韧性、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等多方面发展。复合材料的出现在很大程度上解决了材料当前面临的问题,推进了材料的进展。 复合材料(Composite Materials)是为达到预期的使用特性将不同性质的两种或两种以上材料结合为一体而设计制造的新材料。金属基复合材料(MMCs即Metal matrix composites)是以金属、合金或金属间化合物为基体,含有增强成分的复合材料。其目标是解决航空、航天、电子、汽车、先进武器系统等高技术领域提高用材强度、弹性模量和减轻重量的需要,它在60年代末才有了较快的发展,是复合材料一个新的分支.目前尚远不如高聚物复合材料那样成熟,但由于金属基复合材料比高聚物基复合材料耐温性有所提高,同时具有弹性模量高、韧性与耐冲击性好、对温度改变的敏感性很小、较高的导电性和导热性以及无高分子复合材料常见的老化现象等特点,成为用于宇航、航空等尖端科技的理想结构材料。 金属基复合材料集高比模量、高比强度、良好的导热导电性、可控的热膨胀系数以及良好的高温性能于一体,成为当代发展迅速的重要先进材料之一。 2、金属基复合材料的分类 金属基复合材料是以金属为基体,以高强度的第二相为增强体而制得的复合材料。因此,对这种材料的分类既可按基体来进行、也可按增强体来进行。 2.1按基体分类: 2.1.1铝基复合材料 这是在金属基复合材料中应用得最广的一种。由于铝的基体为面心立方结构,因此具有良好的塑性和韧性,再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及价格低廉等优点,为其在工程上应用创造了有利的条件。 在制造铝基复合材料时,通常并不是使用纯铝而是用各种铝合金。这主要是由于与纯铝相比,铝合金具有更好的综合性能。至于选择何种铝合金做基体,则根据实际中对复合材料的性能需要来决定。

金属复合材料

金属基复合材料论金属基复合材料(MMC),这一术语包括很广的成分与结构,共同点是有连续的金属基体(包括金属间化合物基体)。现代科学技术对现代新型材料的强韧性,导电、导热性,耐高温性,耐磨性等性能都提出了越来越高的要求。与传统的金属材料相比,金属基复合材料具有较高的比强度与比刚度,而与高分子基复合材料相比,它又具有优良的导电性而耐热性,与陶瓷材料相比,它又具有较高的韧性和较高的抗冲击性能。这些优良的性能决定了它从诞生之日起就成了新材料家庭中的重要一员。它已经在一些领域里得到应用并且其应用领域正在逐步扩大 一、金属基复合材料分类 通常,金属基复合材料根据增强相、基体种类或材料特性进行分类。由于金属基复合材料的特性,特别是力学性能与增强相的形态、体积分数、取向,以及分散等直接相关,故多采用增强相对复合材料进行分类。但是,具有两种以上的增强相的混合复合材料是很难包括在增强相分类复合材料中的。例如,采用晶须和颗粒两种增强材料的复合材料。随着新型复合材料的不断开发,其分类的界线将变得模糊。 1.1. 按用途分类: ⑴结构复合材料:高比强度、高比模量、尺才稳定性、耐热性等是其主要性能特点。用于制造各种航天、航空、汽车、先进武器系统等高性能结构件。 ⑵功能复合材料:高导热、导电性、低膨胀、高阻尼、高耐磨性等物理性能的优化 组合是其主要特性,用于电子、仪器、汽车等工业。强调具有电、热、磁等功能特性 ⑶智能复合材料则强调具有感觉、反应、自监测、自修复等特性。 1.2.按增强材料形态分类 可分为纤维增强金属基复合材料、颗粒和晶须增强金属基复合材料。 1.3.按金属基体分类 可分为铝基复合材料,钛基复合材料、镁基复合材料、高温合金复合材料和金属间化合物复合材料。 1.4.按增强体类型分类

关于金属基复合材料的一些概述

关于金属基复合材料(MMC)的一些概述 一、MMC的种类及其微观组织的一般特征 金属基复合材料(MMC),这一术语包括了很广的成分与结构范围。他们的共同点是有连续的金属基体。按照增强体的形状是连续性纤维,短纤维或者是颗粒状,复合材料的显微组织可分为下图所示的几类。更进一步的分类可基于纤维的直径和取向分布。在仔细考察特定的体系之前,认识与最终产品的微观组织结构有关的问题是有益的。下表简要的总结了复合材料的主要显微组织特征及其对性能的潜在影响。虽然有些组织参数可事先设定,但另外一些参数却难以控制。尽管如此,在设计与制造某特定的工作之前,一个重要的步骤是,事先认定一些简单的纤维组织结构目标及获得这些目标的方法。 按增强材料形态分类,可分为纤维增强金属基复合材料、颗粒和晶须增强金属基复合材料。若按金属基体分类,可分为铝基复合材料,钛基复合材料、镁基复合材料、高温合金复合材料和金属间化合物复合材料。倘若按增强体类型进行分类,则可分为单片、晶须(或者纤维)和颗粒,如下图。

二、金属基体的概述及其制备工艺 金属基体应用最多的为铝及铝合金,钛以及镁。铝的基本特点:熔点660℃,密度2.7g/cm3,其具有面心立方结构.所以其塑性优异,适合各种形式的冷、热加工。导电、导热性能好,约为铜的60%左右,同时化学活性高,在大气中铝表面与氧形成一层薄而又致密的氧化膜以防止铝继续氧化,但是强度低。钛的特点:熔点1678℃,密度4.51g/cm3。其重量轻、比强度高。纯钛的强度可通过冷作硬化和合金化而得到显著的提高.如50%的冷变形可使强度提高60%,适当合金化和热处理,则抗拉强度可达1200—1400MPa,含有氢、碳、氧、铁和镁等杂质元素的工业纯钛抗拉强度可提高到700MPa,并仍能保持良好的塑性和韧性。高温性能优良。合金化后的耐热性显著提高,可以作为高温结构材料使用,如航空发动机的压气机转子叶片等,长期使用最高温度已达540℃。在大气和海水中有优异的耐蚀性.在硫酸、盐酸、硝酸相氢氧化纳等介质中都很稳定。但是导电与导热性差.导热系数只有铜的1/l 7和铝的l/10,比电阻为铜的25倍。镁的特点:密度1.74g/cm3。由于其密度低,比强度、比刚度较高,镁具有密排六方结构,室温和低温塑性较低,但高温塑性好可进行各类形式的热变形加工。减震性能好,能承受较大的冲击振动负荷。 根据各种制备方法的基本特点,金属基复合材料的制备工艺分为四大类,即固态法;液态法;喷涂与喷射沉积法;原位复合法。 1、固态法。在一定温度的压力下,把新鲜清洁表面的相同或不相同的金届,通过表面原子的互相扩散而连接在一起。关键步骤为纤维的排布,复合材料的叠台和真空封装以及热压。其采用有机粘接剂。将增强纤维的单丝或多丝的条带分别浸溃加热后易挥发的有机粘接剂,按复合材料的设计要求的间距排列在全属基体的薄板或箔上,形成预制件。采用带槽的薄板或箔片,将纤维排布在其中。采用等离子喷涂。即先在金属基体箔片上用排布好一层纤维,然后再喷涂一层与基体金属相同的金属。纤维表面经化学或物理处理,在基体金属熔池中充分地浸渍形成金属基复合丝。为了防止复合材料在热压中的氧化,叠合好的复合材料坯科应真空封装于金属模套中。为了便于复合材料在热压后与金属模套的分离,在金属模套的内壁徐上云母粉类的涂料以利分离,注意不能涂与金属基体发生反应的涂料。在真空或保护气氛下直接放入热压模或平板进行热压合热压工艺参数主要为:热压温度、压力和时间。扩散结合的优缺点:工艺相对复杂,纤维排布、叠合以及封装手工操作多,成本高。能按照复合材料的铺层要求排布。在热压时可通过控制工艺参数的办法来控制界面反应。粉末冶金。适用于连续、长纤维增强.也可用于短纤维、颗粒或晶须增强的金属基复合材料。长纤维增强:将纤维和金属粉末按比例混合,密封在容器中,然后进行热等静压。粉末冶金的优点:工艺过程温度低,可以控制界面反应。增强材料(纤维、颗粒或晶须)与基体金属粉末可以任何比例混合,纤维含量最高可达75%,颗粒含量可达50%以上。对浸润性和密度差的要求较小采用热等静压工艺时,其组织细化、细密、均匀,一般不会产生偏析、偏聚等缺陷,可使空隙和其它内部缺陷得到明显改善,从而提高复合材料的性能。可以用传统的加工方法进行二次加工。粉末冶金的缺点:工艺过程比较复杂,金属基体必须制成金属粉末,增加了工艺的复杂性和成本。在制备铝基复合材料时,还要防止铝金属粉末引起的爆炸。

相关主题