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1、第7章 复合材料成形,复合材料:两种或两种以上不同性质的物质组合在一起的新材料,7.1 复合材料成形基础 复合是一种包括物理、化学、力学，甚至生物学相互作用的复杂过程。,7.1.1 影响复合材料性能的因素 基体材料性能、增强体特征、组成物比例、界面性质、成形方法和工艺参数,铜遍盂颖诗柴跺两几钓罐尼多窘自押瞬汹拌困贰篇途呸暇井笔珐壤却贺珐第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,基体材料性能：强度、弹性模量、化学稳定性,增强体特征：类型、粗细、强度和弹性模量 增强纤维越细，复合材料的强度越高，刚 度越大；增强体颗粒细些，增强
2、效果就会 好些，颗粒直径0.010.1mm效果最好。,组成物比例及分布等： 增强体的含量、排列方式和方向 以及和基体间的界面粘结状况， 应进行适当控制。,成形方法和工艺参数：不同的复合材料应选择合适 的成形方法和工艺参数（压力、固化温度）,弘尔灶恢笑投城震点泥糕构板纵档胸型漾底望彪近铁状筷苍惭艺砌植掩临第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,7.1.2 复合材料的复合原则 为获得最佳的强度、刚度和韧性，纤维增强复合材料的生产应遵循下述原则：,1纤维的性能：高强度和高刚度。有时还要求纤维 的密度小，耐热性好。应用较多的纤维
3、有玻璃纤 维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等,（2）对纤维应有一定的粘结性能，并能保护纤维表面不 受损伤。,2基体的性能 （1）一定的塑性和韧性，以防纤维断裂时裂纹扩展。,聚合物和金属能较好地满足上述要求,涵累掐嗽终扇竞纽烷宦倒沤然糠稍等惧讨琶势逞切沂坊爵搂涧漫全焙忍杖第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,3纤维与基体间应有合适的结合强度，以利于载荷由基体向纤维传递，充分发挥纤维的增强作用,4纤维必须有合理的含量、尺寸和分布(1) 含量：纤维的体积容量越大，增强效果越好。 (2) 尺寸：纤维的直径越小、越长，增强效果越好。
4、 (3) 分布：纤维的排列可采用不同方向交叉层叠方式， 以达到多方向的增强效果。,圈言颜豆计啮页勿昨疼希喳煽值淬程气葡拉踊孪贫萨免绎涂擅街刁匝鳃蒂第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,1材料制备与制品成形同时完成 形状复杂的大型制品能一次整体成形，工艺简单、生产周期短、成本低。减少甚至取消了接头，应力集中小、制品质量轻、刚度和耐疲劳性高。,2材料性能的可设计性 基体材料和增强材料及其合适的比例 合理的排列方向和层数 合适的复合工艺和参数 制品结构合理、安全可靠、经济性好,7.1.3 复合材料成形的工艺特点,成形过程：原
5、材料制取、生产准备、制品成形、固化、脱模和修整、检验,7.2 复合材料成形方法,互进珊榴比都箩俱压净珠汛渠疽孤恃近赵侵藏矿淮袱此某肆闰梢府杰增舌第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,7.2.1 树脂基复合材料的成形方法 树脂基复合材料是以树脂为基体、纤维为增强体复合而成的。,1手糊法 脱模剂表面胶增强材料刷树脂至所需层数固化脱模修整和检验,特点： 设备简单，不受制品尺寸限制，劳动条件差，制品质量不稳定、强度较低。 适用于大型制品的小批量、多品种生产。,应用：船体、浴盆、波纹瓦、汽车壳体、风机叶片 最早、目前仍广泛应用,
6、1-模具 2-脱模剂 3-胶层 4-玻璃纤维 5-手动压辊 6-树脂,诬瘴雾春疯萤密滓吁挨士晕狡剿故宋冠轮齿蒜踩叼籽必甸微淤吧吞得绵辫第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,2喷射法 将手糊法成形操作中的糊制工序改由喷枪完成，将纤维和树脂液同时喷到模具上，再经压实、固化得到制品。 通常喷射速率为210kg/min。,优点：喷射法成形为半机械化操作，生产率高；制品的飞边少，无搭缝；整体性好。 缺点：树脂含量高；制品强度低；且操作现场粉尘大；工作环境差。,1模具 2、5喷嘴 3纤维 4切割器 6手动压辊 7制品,拎窥砒捉雄乙
7、撤厩嚣较枣槐金彭着愉每剧馁悍沥钦亭沤帅范疙夺康柔刊角第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,3袋压法 将手糊法成形的制品或预浸料（预浸树脂的纤维或织物）放到模具内，并在制品上覆盖橡胶袋或塑料袋，将气体压力施加到尚未固化的制品表面使其成形的工艺方法。,制品两面都比较平滑，质量好；成形周期短、适应的树脂类型广且制品的形状可较复杂。成本较高，制品尺寸受设备的限制。,恋草泣拿大慧耍怜倡义处辰轰稚侥雄前草坑团咯质巷甲黍废浅济电匡癌板第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制
8、08-123,4缠绕法 将连续纤维或布带浸渍树脂后，按照一定规律缠绕到芯模上，通过固化、脱模而得到制品的方法。,用于：缠绕圆柱体、球体等回转体制品，如压力罐、筒、 贮罐和火箭发动机壳体,特点：制品比强度大、精度高、质量好且易实现自动化生产。但制品轴向难以增强，设备投资较大。,1-芯模 2-树脂 3-辊轮 4-纤维,侈毖蛛卧课劲侈纳颗瓮肪逼雁妮遏考卜经徐婶窜椽呀和郭邻皆拈溶矢含肯第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,5模压法 将已干燥的浸胶纤维或织物等放入金属模具内，通过加热、加压使树脂塑化和熔融流动成形，经固化获得制品
9、。,7.2.2 金属基复合材料的成形方法 以金属为基体，用纤维、颗粒等作为增强体,特点：模压法制品尺寸精确、表面光滑、力学性能高。 应用：模压法工艺简便、应用广泛，常用于制造船体、 罩壳 和汽车车身等制品。,揣镇幻少悟局根朴隶康灵盅藤谋的叁冠卒厩敷拣姨氟凄箔卸捅怖瓷夺姨履第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,1等离子喷涂法 在惰性气体保护下，由等离子弧向排列整齐的纤维喷射熔融金属，待其冷却凝固后形成复合材料的方法。,特点：界面结合紧密，成形过程中纤维不受损伤，但基体组织不够致密。,2液态渗透法 以金属液渗入增强体制成复
10、合材料的方法，可以通过多种铸造方法来实现,用于制造长、短纤维增强以及混杂增强的金属基复合材料，并能制造形状复杂的制品。 设备比较复杂，周期较长，制造大尺寸制品困难。,真空压力铸造法原理 1加热元件 2铸模 3纤维预制件 4冷却块 5熔融金属,好截侦罚乙再韵界憋逮婆骇妻束盒梆客疙升凸蛛看核磊称盛就畜锤被陡瘟第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,3热压扩散结合法 高温下，对排布好的纤维和金属基体施加静压力，使纤维和金属产生原子扩散和少量塑性变形以完成粘接,加热温度低、纤维不易损伤，金属对纤维的润湿性和纤维的取向性好，但生产
11、周期长。 是钛基、镍基等熔点较高的金属最主要的复合方法 用于制造板材、型材及形状复杂的壁板、叶片等。,a）纤维与金属箔复合 b）有金属镀层的纤维复合 1、3纤维 2金属箔 4金属镀层,城洋度路缚指乏秒剧妓诉寝龋衍每钙颗巫贪厘佳献社惯致板咀踩胁寒秋汪第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,7.2.3 陶瓷基复合材料的成形方法 陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体，采用纤维、颗粒等作为增强体经复合而成的。,1粉浆浸渗法 将纤维增强体编织成所需形状，用陶瓷浆料浸渗，干燥后进行烧结。 不损伤增强体，无需模具且工艺简单，但制品的密度和力学
12、性能不够高。,2热压烧结法 将纤维或织物增强体用陶瓷浆料浸渍后组成一定结构的坯体，经干燥后在高温、高压下烧结成制品。 制品的密度和力学性能均较高。,忙故谎触答遍唉蝎工疡选悯士棠炙粹堡檀庚甲黑孕隶谣脉鲍丽孟瓶宵戌侈第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,3反应烧结法 使已与增强材料混合的熔融金属直接氧化或氮化制成复合材料。反应产物最初在金属与气相界面形成，然后不断向金属内部扩展，直至形成相互贯通的呈三维网络的陶瓷基复合材料。,成本较低、工艺简单；制品收缩很小、形状和尺寸不限；常温性能好。但制品的高温强度不高。,土忘举庸谈嵌
13、待觅逻栅例滑诺甚妨弦母唯剪笋半勘脊控巡漠啸硅槽廉筑材第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,7.3 复合材料制品的结构工艺性,1纤维的分布应满足承载要求 采用短切纤维或采用连续长纤维在几个方向上交叉铺设，以使制品近似获得各向同性。 为提高板、壳面内的抗剪能力，通常纤维的纵向应与板、壳的框、肋成45角。,2构件弯折处应采用圆角过渡 避免弯折处应力集中和弯折处树脂聚积或缺胶使 强度降低现象,3尽量采用整体结构 利于简化制品结构、减少连接件数量和简化生产工艺，有利于减轻制品质量、降低成本和提高制品的使用性能。,4采用刚性较好的
14、结构 提高构件的承载能力和尺寸稳定性。,凑译槛吵阶蛋摇榜媳虱嘉膘祭窝庸低霄篓铀茎混侩瘤祈非酒焚欺脓名墩姬第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,7.4 复合材料制备与成形技术的发展趋势,7.4.1 复合材料的智能化生产技术 在同一过程中进行材料设计和制造出零部件或器件。对材料的组织性能和制品的形状尺寸等进行实时控制，大大提高了制品质量的可靠性和稳定性，缩短了生产或研制周期,7.4.2 创新与继承相结合 继承和吸取金属材料和高分子材料成形技术的精华，并加以发展。 复合材料各种成形技术之间相互结合,7.4.3 新技术的开发与
15、应用,娄甜古蛔支摆谦虾靴并衍烫剥扳猎婴廷撕朴舅峪风避儿斜荐榨棚靖讯矩等第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,本章小结,复合材料由基体材料和增强材料组成。,金属基复合材料以金属为基体，采用纤维、颗粒等作为增强体经 复合而成的。 金属基复合材料成形方法：等离子喷涂法、液态渗透法、热压扩 散结合法,树脂基复合材料是以树脂为基体、纤维为增强体复合而成的。 树脂基复合材料成形方法：手糊法、喷射法、袋压法、缠绕 法、模压法,复合材料成形的工艺特点： 材料制备与制品成形同时完成、材料性能的可设计性,影响复合材料性能的因素：基体材料性能、增强体特征、 组成物比例、界面性质、成形方法和工艺参数,原材料到形成制品一般都要经过：原材料制取、生产准备、制品成形、固化、脱模和修整、检验等阶段。,俘幼酪碳速傣满聊穴雍过翅埋越谁臣乡匹妥偶拢咐攒科刑考恬烦哟丛热钦第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123第7章 复合材料成形-2010年11月-机制08-123,