复合材料综述

金属基陶瓷复合材料制备技术研究进展与应用*

付鹏，郝旭暖，高亚红，谷玉丹，陈焕铭

（宁夏大学物理电气信息工程学院，银川750021）

摘要综述了国内外在金属基陶瓷复合材料制备技术方面的最新研究进展与应用现状，展望了

国内金属基陶瓷复合材料的未来发展。

关键词金属基陶瓷复合材料制备技术应用

Development and Future Applications of Metal Matrix Composites

Fabrication Technique

FU Peng, HAO Xunuan, GAO Yahong, GU Yudan, CHEN Huanming (School of Physics & Electrical Information Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021) Abstract Recent development and future applications of metal matrix compositesfabrication

technique are reviewed and

some prospects of the development in metal matrix composites at home are put forward.

Key words metal-based ceramic composites, fabrication technique, applications

前言：现代高技术的发展对材料的性能日益提高，单料已很难满足对性能的综合要求，材料的复合化是材料发展的必然趋势之一。陶瓷的高强度、高硬度、高弹性模量以及热化学性稳定等优异性能是其主要特点，但陶瓷所固有的脆性限制着其应用范围及使用可靠性[1—3]。因此，改善陶瓷的室温韧性与断裂韧性，提高其在实际应用中的可靠性一直是现代陶瓷研究的热点。与陶瓷基复合材料相比，通常金属基复合材料兼有陶瓷的高强度、耐高温、抗氧化特性，又具有金属的塑性和抗冲击性能，应用范围更广，诸如摩擦磨损类材料、航空航天结构件、耐高温结构件、汽车构件、抗弹防护材料等。

1 金属基陶瓷复合材料的制备

金属基陶瓷复合材料是20世纪60年代末发展起来的，目前金属基陶瓷复合材料按增强体的形式可分为非连续体增强（如颗粒增强、短纤维与晶须增强）、连续纤维增强(如石墨纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等)[4—6]。实际制备过程中除了要考虑基体金属与增强体陶瓷之间的物性参数匹配之外，液态金属与陶瓷间的浸润性能则往往限制了金属基陶瓷复合材料的品种。目前，金属基陶瓷复合材料的制备方法主要有以下几种。

1.1 粉末冶金法

粉末冶金法制备金属基陶瓷复合材料即把陶瓷增强体粉末与金属粉末充分混合均匀后进行冷压烧结、热压烧结或者热等静压，对于一些易于氧化的金属，烧结时通入惰性保护气体进行气氛烧结。颗粒增强、短纤维及晶须增强的金属基陶瓷复合材料通常采用此种方法，其主要优点是可以通过控制粉末颗粒的尺寸来实现相应的力学性能，而且，粉末冶金法制造机械零件是一种终成型工艺，可以大量减少机加工量，节约原材料，但粉末冶金法的生产成本并不比熔炼法低[7]。

1.2 熔体搅拌法

熔体搅拌法是将制备好的陶瓷增强体颗粒或晶须逐步混合入机械或电磁搅拌的液态或半

固态金属熔体中冷却形成坯锭的过程，制备过程对设备的要求较低，生产制备工艺相对简单。

由于伴随搅拌过程，材料中容易形成气孔和夹杂而影响产品的质量，同时基体和增强体之间的密

度差往往造成增强体分布不均匀的现象。熔体搅拌法制备的工件通常需要进一步的热处理和二次

机加工来达到使用性能的要求[8]。

1.3 金属陶瓷共沉积法

在喷射沉积制备金属材料的基础上发展的金属陶瓷共沉积法是将液态金属通过氩气等惰性

气体雾化成金属液滴，金属液滴在喷射途中与增强体陶瓷颗粒碰撞会合，共同沉积于水冷衬底上

复合形成金属基陶瓷复合材料。由于金属液滴尺寸小，凝固冷却速率快，无宏观偏析等快速凝固材

料的优越特性，抑制了界面的高温反应，材料微观组织均匀性高，但金属陶瓷共沉积法工艺优化

条件复杂，容易出现不够密实的组织疏松等冶金缺陷[9,10]。

1.4 叠层复合法

叠层式金属基复合材料是先将不同金属板用扩散方法结合，然后用离子溅射或分子束外延将金属层/陶瓷层叠合成复合材料。这种复合材料性能好，已经少量应用于航空航天及军用设备上，如航天飞机中部的货舱桁架、卫星上的天线结构件、波导管、运输机货舱地板等，但叠层复合法工艺复杂，材料有明显的各向异性[11—13]。

1.5 浸渗法

浸渗法分为压力浸渗和无压浸渗，首先需要把增强体做成多孔预制件，然后在压力或无压条件下将液态金属

渗入多孔预制件。对于液态金属与陶瓷浸润性能差的复合体系采用压力浸渗法将液态金属压入多孔预制件，对于浸润性能好、预制件孔径小的复合体系可利用熔体的毛细力无压浸渗。无论是压力浸渗还是无压浸渗，多孔预制件的互连通性对复合材料的密实度及力学性能等有重要影响，另外，为消除气体对材料性能的影响，发展了真空热压与真空无压浸渗[14—17]。

2 金属基陶瓷复合材料的应用

近十多年来，工业发达国家都制定了全国性的研究计划来大力发展金属基复合材料，其长远目标是发展

一种使用温度和力学性能介于Ni基高温合金和高温陶瓷材料之间的高温结构材料，使其使用温度更高而

高温力学性能特别是强韧性更好。金属基陶瓷复合材料是实施这一目标的一个重要方面。迄今为止，金

属基陶瓷复合材料的加工工艺尚不够完善，还没有形成大规模批量生产，受到的主要制约因素是加

工难度高、加工时间长等。目前最大的应用出路是在汽车工业方面，如氧化铝增强铝合金制成镶圈以代

替含镍奥氏体铸铁镶圈，不仅耐磨性相当，还可以减轻质量、简化工艺和降低成本。另外，发动机

缸套、连杆、连杆销、刹车盘等也在试用金属基陶瓷复合材料制造。其他方面如运动器材、自行车车架、各种型材以及装甲车履带、轻质防弹装甲等也有报道，但用量较少[18]。

由于其制造成本高，工艺复杂，使之与金属材料相比出现价格高、稳定性差等问题，阻碍其应用进程。

通过深入研究组织结构与性能的关系，适度控制界面反应，探索新的复合工艺方法等提高生产效率和

改善制品质量是进一步扩大金属基陶瓷复合材料应用的关键。近年来发展了一种以多孔陶瓷作为预制体，利用无压浸渍工艺制备具有金属/陶瓷网络互穿结构的金属基复合材料的工艺路线，从而找到了一

个有可能突破应用困难的缺口[19,20]。

金属基陶瓷复合材料的研究热点

3.1 金属基陶瓷复合材料的界面结构

金属基陶瓷复合材料的界面结构对复合材料性能的影响极大，多数金属基复合材料是以界面反应的形式相

结合，但是界面反应的程度受工艺方法及温度参数的控制，所以制备的界面微区结构非常复杂。界面结构

一方面起到传递应力的作用，另一方面使裂纹偏转和吸收能量[21]，因此通过控制工艺方法和优化制备

过程获得最佳界面结合状态是金属基陶瓷复合材料界面结构研究的重要内容之一。而且，对于界面精细

结构的测定和表征，比较清楚地了解界面结构与力学性能间的关系，以及对界面进行预处理来改善界面

润湿性和控制界面反应产物等方面的工作对于提高金属基陶瓷复合材料的综合力学性能也至关重要。

近几年来，发展的增强体和增韧体在三维空间网络互穿分布的复合材料复合方法具有显著的特点，如这种复合材料可以容纳更高体积分数的陶瓷相，从而有利于将应力集中迅速分散和传递，抑制基体合金的塑性变形和高温软化，大幅度提高材料的承载能力或抗冲击能力、抗耐磨性等[22—24]。因此，这种金属/陶瓷网络互穿复合材料由于可以避免传统金属基复合材料存在各向异性的弊端，其界面结构对损伤容限的影响、界面分布状态与形式对裂纹的桥接作用等也是研究者关注的主要方面。

3.2 连续增强金属基陶瓷复合材料的制备

连续增强金属基陶瓷复合材料是指陶瓷增强体具有三维连通骨架结构的复合材料。从材料相组成的空间拓扑分布形式上看，这种三维网络金属/陶瓷骨架复合材料内部金属/ 陶瓷在三维空间上呈连续分布的特点，材料性能更高且成本降低，材料失效的危险性大大降低，引起了国内外学者的广泛关注。这种三维双连续复合材料制备方法[25,26]可分为两大类：（1）化学反应直接合成（原位复合工艺）微结构连接的复合材料；（2）制造孔隙连通的预制体，然后浸渗金属并凝固成型。其中，原位复合工艺基本上能克服基体与增强体浸润不良、界面反应产生脆性层、增强体分布不均匀等问题，作为一种具有突破性的新工艺方法而受到普遍的重视，包括直接氧化法、自蔓延法、原位共晶生长法等。这些方法虽各有特点，但具有共性，即复合材料的强度、韧性以及其他力学性能取决于原位生长的增强相本身物理性质和几何尺寸以及显微组织形态和基体相的含量。研究热点集中在合金的配制、参与反应物质的设计、工艺方法、原位反应机理和过程的研究以及原位复合材料微结构与性能的研究等方面。值得一提的是近20年来发展非常迅速的自蔓延高温合成材，由于燃烧过程中反应速度快，温度梯度高，造成生成物的晶体点阵具有高密度的缺陷，易于生成多孔的骨架结构，使生成物具有很大的表面积。这种方法生产周期短、能耗小、工艺简单较成熟的多孔陶瓷预制体成型与制备技术主要有海绵预制体挂浆成型、陶瓷泡沫成型、陶瓷粉末烧结、溶胶-凝

胶等方法。近年来发展了微波加热工艺、颗粒堆积工艺、注凝成型工艺、凝胶铸造工艺、模板添隙工艺、冷冻干燥工艺等新的制备技术[20,27—29]。孔隙尺寸则具有较大的变化范围，从溶胶-凝胶法的几纳米、冷冻干燥工艺的几微米到有机泡沫浸浆法可达到的几毫米。文献[30]报道了连通结构的Al/Al2O3复合材料，孔隙率约1%，陶瓷体体积分数达75%。实验结果表明陶瓷预制体中的孔隙形貌为略有变形的颗粒堆积空隙，尺寸在0.08～1μm之间。这种细观结构导致了在陶瓷/金属界面上生成了大量的界面反应过渡带，所制备的材料断裂韧性达10.5MP a穖1/2，断裂强度达810MPa。

3.3 力学性能多尺度计算与设计

金属基陶瓷复合材料的力学行为取决于其微观结构特点，正确认识并计算微结构对宏观行

为的影响是金属基陶瓷复合材料设计的基础。该领域的研究人员通过发展微米尺度、纳米尺

度和原子尺度的多尺度计算模拟方法[31—35]，定量揭示不同层次结构及其演化对宏观力学行为

的影响，为材料设计、力学性能预报、实验工艺制定等提供理论指导。

一、复合材料的定义与分类

由两个或两个以上独立的物理相，包括粘结材料（基体）和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产物称为复合材料。

复合材料的组成分为两大部分：基体与增强材料。

基体：构成复合材料连续相的单一材料。如玻璃钢中的树脂就是基体。

增强材料：复合材料中不构成连续相的材料。如玻璃钢中的玻璃纤维就是增强材料。

复合材料的分类方法颇多，通常按其基休不同，可分为三大类：

1.聚合物基复合材料。通常说的树脂复合材料归属此类。

2.金属基复合材料。

3.无机非金属基复合材料。

三种复合材料中，以树脂基复合材料用量为大，占所有复合材料用量的90％以上。

树脂基复合材料中，又以玻璃纤维增塑料（俗称玻璃钢）用量最大，占树脂基复合材料用量的90％以上。

二、复合材料的最大特点

复合材料的最大特点是复合后的材料特性优于组成该复合材料的各单一材料之特性。增强材料的性能随其组成材料含量及分布情况而变，基体材料的性能、含量，增强材料与基体材料间界面结合情况及其复合方式与工艺等决定复合材料性能的基本因素。

树脂基、金属基、无机非金属基这三大类复合材料都可达到或优于传统金属材料的强度与模量等力学指标。尤其是其比强度、比模量特性更为突出。

复合材料的性能与其生产工艺关系颇大。如树脂基复合材料中，采用纤维缠绕法制造的产品具有优异的力学性能；拉挤产品轴向强度高。

同一类复合材料，同一类生产工艺亦因材料选择、配比的不同，而导致产品性能上的差异。

对树脂基复合材料而言，其力学性能主要取决于增强材料。如碳纤维增强塑料的弹性模量较玻璃纤维增强塑料高，盖因碳纤维弹性模量高之故。而耐化学性与工作温度，则主要取决于所用的基体树脂。

三、树脂基复合材料的特性

与传统材料相比，在设计与制造上树脂基复合材料有3个明显的特点：

1)材料性能指标的自由设计性；

2)材料与结构的一致性；

3)产品型体设计的自由性。

树脂基复合材料的特性概括如下。

1.轻质高强——比强度、比模量高强度、模量分别除以密度之值，是衡量材料承载能力的指标之一。玻璃钢的比强度可达钢材和4倍，但（玻璃钢的比模量不算高）；碳纤维增强环氧树脂复合材料的比强度可达钛的4.9倍，比模量可达铝的5.7倍多。这对要求自重轻的产品意义颇大。

2.抗疲劳性能好疲劳破坏是材料在交变载荷作用下，由于微观裂缝的形成和扩展而造成的低应力破坏。金属材料的疲劳破坏是由里向外突然发展的，往往事先无征兆；而纤维复合材料中纤维与基体的界面能阻止裂纹扩展，其疲劳破坏总是从材料的薄弱环节开始，逐渐扩展，破坏前有明显的征兆。大多数金属材料的疲劳极限是其拉伸强度的40％～50％，碳纤维复合材料则达70％～80％。纤维增强树脂基复合材料的抗声振疲劳性能亦甚佳。

3.破损安全性好纤维复合材料基体中有大量独立的纤维，每平方厘米上的纤维少则几根，多至上万根。从力学观点上看，是典型的静不定体系。当构件超载并有少量纤维断裂时，载荷会迅速重新分配在未破坏的纤维上。这样，在短期内不至于使整个构件丧失承载能力。

4.耐化学腐蚀常见的热固性玻璃钢一般都耐酸、稀碱、盐、有机溶剂、海水并耐湿。热塑性玻璃钢耐化学腐蚀性一般较热固性为佳。一般而言，耐化学腐蚀性主要决定于基体。玻璃纤维不耐氢氟酸等氟化物，生产适应氢氟酸等氟化物的复合材料产品时，接触氟化物表面的增强材料不能用玻璃纤维，可采用饱和聚酯或丙纶纤维（薄毡），基体亦须采用耐氢氟酸的树脂，如乙烯基酯树脂。

5.电性能好绝缘性可达到甚高水平，但亦可做成防静电的或导电的。在高频下能保持良好的介电性能。不受电磁作用，不反射电磁波，能透过微波。这些性能远非金属材料所能比拟。

6.热导率底、线膨胀系数小，在有温差时所产生的热应力比金属低得多。有的玻璃钢（酚醛基体）耐瞬时高温（3800℃），是很好的耐烧蚀材料。

7.可制得透明及各种色彩的产品；藉助加强肋、夹芯结构、波纹等可使制品获得所需的强度与模量；各种组件、构件可在主体成型中一并嵌入成型，脱模后工时大为缩减；易于修补与保养；隔磁、隔音。

8.成型工艺性优越可根据产品的结构与使用要求及生产数量，合理地灵活选择原辅材料及成型工艺。

三、树脂基复合材料生产工艺分类

树脂基复合材料生产工艺可分为三大类。

1.对模成型

1)模压成型可以SMC（片状模塑料）、BMC（团状模塑料）、预成型件等在一定温度与压力下成型。

2)树脂传递成型（RTM）将配有固化系统的树脂在一定压力下（或伴有真空辅助）注入已铺覆增强材料的模具内（增强材料可用连续玻璃纤维原丝毡、织物与短切原丝复合毡、方格布等，预覆于下模内），经固化后脱模。此法制品两面光、尺寸与树脂含量较稳定。工艺设备投资少，劳动环境好。

3)注射成型与热塑性塑料相似，可以长纤维或短纤维的BMC料注射之。它包括热固性塑料，如BMC、ZMC、TMC等，热塑性塑料，如增强PA、PP、PC、PBT等注塑。此法生产效率高，劳动成本低，产品力学性能好。

4)冷压成型不采用外加热，仅赖复合材料在室温下自身放热固化。

5)结构反应注射成型（SRIM——structural reaction injection molding）此法与RTM相似，但基体多用聚氨脂。产品两面光，但不好作成Ａ级表面。此法适于中到大量生产，要求韧性或弹性较好的高强度制品。

2.接触成型

1)手糊成型

2)喷射成型

3)真空袋成型

4)压力袋成型

5)高压釜成型

3.其他重要的成型方法

1)纤维缠绕法；

2)拉挤成型法；

3)连续板材成型法；

4)离心铸型法。

不同的生产工艺，适应不同的制品性能与生产规模。尽管机械化、自动化日益发展，手糊与喷射成型仍将作为基本的成型工艺而占有相当的比例。不难发现，迄今除手糊、喷射、缠绕3种工艺为开模成型外，余均为闭模成型工艺。

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复合材料实习报告总结 复合材料实习报告总结 ，隔离膜的铺放顺序，应为抽真空的缘故，我们要住辅助材料的边角不能覆盖至制品上，因为受压会使制品表面有压痕影响之间的工艺性能。一般的是隔离膜在制品的表面，然后是吸胶材料，最后是透气毡，而打真空袋是要明确以不能能漏气也就是要保证真空袋通过腻子胶条和模紧密贴合不漏气，另外一个是要是真空袋抽正空后要与模具和制品紧密贴合不能有褶皱。手糊成型的有点很多，如其一不需要复杂的设备，只需要简单的模具，工具，投资少，成本低。其二生产技术易掌控，人员只需经过短期的培训即可生产。其三复合材料产不受尺寸，形状的限制。其四可以与其他材料同时复合制成一体和对于一些不宜运输的大制品等。缺点就是产品质量不够稳定，生产环境差，气味大，加工时粉尘过多。不能用来制造高性能产品，生产效率低下。这是我感受到的，我对于手糊成型的理解。我们不仅要提高制品的工艺性能，更要减少制品的生产成本和提高工做卫生的环境条件。注重团队合作，时间的分配，设计的和理性的。 而手糊成型完了就接着是热压罐成型工艺过程： 一，模具的准备。模具要用软质材料轻轻搽拭干净，并检查时候漏气。然后在模具上涂布脱模剂。 二裁剪和铺叠。按样板裁好带有离型纸的预浸料，剪切时必须注意纤维方向然后将才好的预浸料揭去离型纸按照规定顺序和方向铺叠，每一层要用橡胶辊等工具将预浸料压实，赶出空气。

三组合和装袋，在模具上将预浸料胚料和各种辅助材料组合并装袋，应检查真空袋周边是否良好。 四热压固化，将真空袋系统组合到热压罐中，接好真空管路，关闭热压罐，然后按确定的工艺要求抽真空、加热、固化。最后就是出罐脱模，固化完成后，冷却到室温后，将真空移除热压罐，去除各种辅助材料后进行修整。 典型的热压罐固化工艺过程五个阶段： 1升温阶段; 2吸胶阶段; 3继续升温阶段 4保温热压阶段; 5冷却阶段。 我们小组遇到问题主要有裁剪时不一，就是尺寸不统一。在进行磨具合拢是不能很好的贴合，模具夹合时有缝隙需要要纤维预浸料填补。我们贴挡胶胶条是要注意把要流胶的位置都挡上。 再次，要深化自己的工作任务。熟悉每一件制品的制作方法，细节。做到烂熟于心。学会面对不同的困难，采用不同的操作技巧。力争让每一件制品都能然自己感到称心如意，更力争增加操作经验，提高产品质量。 最后，端正好自己心态。其心态的调整使我更加明白，不论做任何事，务必竭尽全力。这种精神的有无，可以决定一个人日后事业上的成功或失败，而我们的工作中更是如此。如果一个人领悟了通过全力工作来免除工作中的辛劳的秘诀，那么他就掌握了达到成功的原

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的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。 2、碳纤维 3、芳纶纤维 20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。 4、超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。 5、热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展起来的，主要有长纤维增强粒料、连

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Stiffness reduction analysis for composite laminates with circular of laminated composite. In this paper, starting from a practical engineering background, using the fatigue accumulation damage theory, together with the two-stage theory for fatigue damage, a in-depth study for the fatigue life ofcomposite laminates are carried on. The research work in this paper is included following: 1、On the basis of the stiffness reduction model, According to the two-stage fatigue damage theory, a damage process is divided into two stage。In order to express the fatigue damage accurately, the two-stage model for fatigue accumulation damage is presented. Through accessing to the corresponding test data, using of the least squares method for multi-function, the parameters in the model are finally got. In the end, the fatigue tests of the composite materials under 75% ultimate strength are investigated experimentally. Based on the stiffness reduction model of imperforate composite laminates, using the concept of “characteristic dimension”stress, a fatigue model is presented for the fatigue of notched laminates, and the concept of the

复合材料研究及其应用

郑州华信学院毕业论文 课题名称：复合材料研究及其应用 系部：机电工程学院 班级：09机电班 姓名： 指导老师： 时间：2012年3月28日

复合材料研究及其应用 摘要 复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。如：导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等凸显某一功能。统称为功能复合材料。功能复合材料主要由功能体和增强体及基体组成。功能体可由一种或以上功能材料组成。多元功能体的复合材料、可以具有多种功能。同时，还有可能由于复合效应而产生新的功能。多功能复合材料是功能复合材料的发展方向。 一、全球复合材料发展概况 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。 随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继

问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。 从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车

材料成型毕业论文范文2篇

材料成型毕业论文范文2 篇 材料成型毕业论文范文一：金属材料加工中材料成型与控制工程 摘要：本文以金属材料为例，对材料成型与控制工程中的加工技术进行细化分析，首先，理论概述了金属材料的选材原则，然后具体分析了铸造成型、挤压与锻模塑性成型、粉末冶金以及机械加工四种加工方法，旨在为相关工作人员提供有借鉴性的参考资料，进一步提高我国制造业的加工水平与整体质量。 关键词：材料成型;控制工程;金属材料;加工工艺 0 引言 对于我国制造业而言，材料成型与控制工程是其实现长期健康发展的根本保障，不仅如此，材料成型与控制工程也是我国机械制造业的关键环境，因此，相关企业必须对其给予高度重视。无论是电力机械制造，还是船只等交通工具制造，均离不开材料成型与控制工程，材料成型与控制技术的水平与质量将会直接决定机械制造水平与质量。因此，对材料成型与控制工程中的金属材料加工技术进行细化分析，具有非常重要的现实意义。 1金属材料选材原则 在金属复合材料成型加工过程中，将适量的增强物添加于金属复合材料中，可以在很大程度上高材料的强度，优化材料的耐磨性，但与此同时，也会在一定程度上扩大材料二次加工的难度

系数，正因此，不同种类的金属复合材料，拥有不同的加工工艺以及加工方法。例如，连续纤维增强金属基复合材料构件等金属复合材料便可以通过复合成型; 而部分金属复合材料却需要经过多重技术手段，才能成型，这些成型技术的实践，需要相关工作人员长期不断加以科研以及探究，才能正式投入使用，促使金属复合材料成型加工技术水平与质量实现不断发展与完善。由于成型加工过程中，如果技术手段存在细小纰漏，或是个别细节存在问题，均会给金属基复合材料结构造成一定的影响，导致其与实际需求出现差异，最终为实际工程预埋巨大的风险隐患，诱发难以估量的后果。所以，相关工作人员在对金属复合材料进行选材过程中，必须准确把握金属材料的本质以及复合材料可塑性，只有这样，才能保证其可以顺利成型，并保证使用安全。 2金属材料加工方法 2.1机械加工成型当前，金属材料成型与控制工程中，应用最为广泛的金属切割刀具便是金刚石刀具，以金刚石刀具对铝基复合材料进行精加工，与其他金属基复合材料，例如，钻、铣以及车等，均是现代社会中广而易见的。铝基复合材料的金刚石刀具加工形式可以细化为三种：其一，车削形式; 其二，铣削形式; 其三，钻削形式。其中，钻削即通过镶片麻花钻头对铝基复合材料进行加工，常见的有b4c 以及sic 颗粒钻削，然后添加适量的外切削液，可以有效强化铝基复合材料。铣削即通过1.5%- 2.0%(w+c) 粘结剂，8.0%-8.5%pcd 的端面铣刀对铝基复合材料进行加工，常见的有sic 颗粒铣削增强铝基复合材料，然后添加适量的切削液进行冷却。

无机非金属材料专业毕业论文

新型无机非金属材料的发展与挑战 金属材料、高分子合成材料、无机非金属材料与人们的衣、食、住、行关系非常密切。材料是人类生活必不可少的物质基础。没有感光材料，我们就无法留下青春的回忆；没有特殊的荧光材料，就没有彩色电视；没有高纯的单晶硅，就没有今天的“奔腾IV”；没有特殊的新型材料，“神舟号”宇宙飞船就无法上天。随着科学和生产技术的发展以及人们生活的需要，一些具有特殊结构、特殊功能的新材料相继研制出来，如半导体材料：超硬材料、耐高温材料、发光材料等，我们称这些材料为新型无机非金属材料。水泥、玻璃、陶瓷等都属于传统的非金属材料，像玻璃刀上的人造金刚石、作为手表轴承的人造红宝石、煤气炉中用于电子打火的压电陶瓷、传输信息的光导纤维都属于新型无机非金属材料。 在材料中，有一类叫结构材料主要制利用其强度、硬度韧性等机械性能制成的各种材料。金属作为结构材料，一直被广泛使用。但是，由于金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合在高温时使用。高温结构材料的出现，弥补了金属材料的弱点。这类材料具有能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，作为高温结构材料，非常适合。 氧化铝陶瓷（人造刚玉）是一种极有前途的高温结构材料。它的熔点很高，可作高级耐火材料，如坩埚、高温炉管等。利用氧化铝硬度大的优点，可以制造在实验室中使用的刚玉磨球机，用来研磨比它硬度小的材料。用高纯度的原料，使用先进工艺，还可以使氧化铝

陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。 高温氧化物结构陶瓷指熔点高于1728℃的氧化物（如氧化硅晶体）或某些复合氧化物（如氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙和氧化钍等）。它们的重要特点是高温下的化学稳定性好，尤其是抗氧化性能好。但弱点是脆性较大，耐机械冲击性差。利用氧化锆相变作用增韧氧化物陶瓷在20世纪70年代末获较大进展，氧化锆增韧氧化铝，断裂韧性参数由2.9MPa/m2提高到15MPa/m2，抗折强度由350MPa 提高到1200MPa。加有氧化钇的半稳定氧化锆，断裂韧性参数也高达9～16MPa/m2。增韧氧化物陶瓷可用于制造锤子、水果刀、剪刀、轴和发动机部件等，可以承受一定冲击而不碎裂。高温氧化物陶瓷可用作高温炉衬，熔炼稀有金属和纯金属的坩埚，以及磁流体发电装置的高温电极材料和热机材料。 氧化铝结构陶瓷的生产，采用γ－氧化铝（见氧化铝）为原料与少量添加剂（如MgΟ等），经粉碎和混合后按产品的形状，尺寸及用途，采用不同的方法成型。干压成型时需先将混合后的坯料造粒，然后用油压机压制成坯样。采用注浆成型时，则将混合后的粉料制成悬浮料浆，注入石膏模中成型。采用热压注时，用适量石蜡与混合料制成料浆，用热压注机成型。烧成的坯体需按使用的要求，进行机械加工或研磨。

飞机的复合材料及应用毕业论文

毕业论文（设计）诚信声明 本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 论文（设计）作者签名：日期：年月日毕业论文（设计）版权使用授权书 本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为。 论文（设计）作者签名：日期：年月日 指导教师签名：日期：年月日

飞机的复合材料及应用 【摘要】 本文重点讲述了复合材料的构成、种类、性能以及在飞机上的应用。复合材料是由两种或两种以上的原材料，通过各种工艺方法组合成的新材料。对于一个现代飞机来说复合材料的应用对减重﹑耐腐蚀和降低成本有着重要的作用。对飞机结构轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用。复合材料结构特点和应用效果，在高性能战斗机实现隐身、超声速巡航、过失速飞行控制，前翼飞机先进气动布局的实际应用。 关键词：复合材料层合板 Application of composite materials and aircraft 【Summary】 This article focuses on the composition of the composite material, type, performance and aircraft applications. Composite material is composed of two or more kinds of raw materials, process methods combined into a variety of new materials. For a modern aircraft, the application of composite materials, corrosion resistance and weight loss、cost plays an important role. Light of the aircraft structure, miniaturization and high performance plays a vital role. Composite material structural characteristics and application results in high-performance fighter aircraft to achieve stealth, supersonic cruise, stall flight control, front-wing aircraft, the practical application of advanced aerodynamic layout. Keyword：Composite materials Laminates

高性能碳纤维增强复合材料_材料科学与工程专业本科生毕业论文

高性能碳纤维增强复合材料 第1章绪论 1.1 课题概述 复合材料是指用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分，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，由基体、增强体及它们之间的界面组成。复合材料不仅具备各组分材料的性能，更具备各组分因协同效应而产生的优越综合性能。其分类方法有多种，其中，按照基体材料的性质通常分为金属基复合材料、树脂基复合材料、陶瓷基复合材料。复合材料按照增强体的几何形态分为四类，即纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、薄片增强复合材料和叠层复合材料。复合材料中常用的纤维状增强体有玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、硼纤维和金属纤维等。 碳纤维增强树脂基复合材料以树脂为基体，以碳纤维及其织物为增强体，可做结构材料，也可作功能材料。高性能树脂基复合材料是其中最新和最重要的一类，其树脂基体有环氧树脂、双马来酰亚胺和酚醛树脂等，因其高强度、高模量和低密度等特点，常作为结构材料，其拉伸强度一般在3500MPa以上，是普通钢拉伸强度的7~9倍；其密度约为铝合金的60%，模量为230~430GPa，明显高于普通钢材，因此，其比强度就超过2000MPa/(g/cm3)，远高于普通钢材的59MPa/(g/cm3)，比模量也远高于普通钢材。相对金属材料，碳纤维增强树脂基复合材料更易实现大型构件的成型，减少构件之间铆钉等连接环节，并具有良好的尺寸稳定性[1-3]。 随着航空航天和现代武器的不断发展，对所用材料提出了更高的要求。例如在设计导弹、人造卫星、飞机的承载构件时，越来越需要高比强度和高比模量的材料，于是轻质、高强的先进树脂基复合材料在高科技领域和国防建设中占有越来越重要的位置[4-5]。 高性能碳纤维增强复合材料不仅能够有效地提高结构的刚度，还能有效地降低航天器自身的重量[6-9]，进而减少燃料成本，提高飞机的携带能力，增强飞机的可靠性和经济性。航天器的发射成本是非常昂贵的，每公斤高达数十万美元，因此有效地降低航天 1

毕业论文 复合材料的发展和应用

毕业论文复合材料的发展和应用题目复合材料的发展和应用 专业材料工程技术 目录 1 绪论 1.1 什么是复合材料 1.2 复合材料的组成 1.3 复合材料的发展历程 1.4 复合材料的分类 1.5复合材料的应用方向 2 当前复合材料的发展和应用 2.1当前复合材料的发展 2.2复合材料的应用 2.3复合材料的组合分类、组成与应用 2.3.1组合与分类 2.3.1.1复合材料系统组合表 2.3.1.2分类 2.3.2组成与特性 2.3.2.1概述 2.3.2.2组成 2.3.3特性 2.3.3.1一般特性 2.3.3.2一般性能特点

3 先进树脂基复合材料的发展和应用 3.1什么是先进树脂复合材料 3.2先进树脂的发展方向和应用 3.2.1向高性能化、高减重效率方向发展 3.2.2 重视制造技术研究、生产条件改造和综合配套技术协调发展3.2.3重点开发低成本的技术 3.2.4强调复合材料一体化综合技术的发展 3.2.5重视热塑性复合材料的研究和应用 4 热塑性纤维复合材料的发展和应用 4.1塑性纤维复合材料的特点 4.2塑性纤维复合材料的发展和应用 4.3复合材料的填料和增强材料的市场概况 4.3.1各种填料和增强材料的的市场份额 4.3.2主要填料和增强纤维的价格 4.3.3天然纤维的市场需求 4.3.4天然纤维的市场份额 5 透光复合材料 5.1透光复合材料的定义和种类 5.2透光复合材料的特点 6 三维机织复合材料的发展和应用 6.1二维编织复合材料的应用 6.2三维机织复合材料 6.3三维机织复合材料的应用 1 绪论

1.1什么是复合材料 复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的机械工程材料。各种组成材料在性能上能互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料，从而满足各种不同的要求。 1.2复合材料的组成 复合材料的组成包括基体和增强材料两个部分。非金属基体主要有合成树脂、碳、石墨、橡胶、陶瓷;金属基体主要有铝、镁、铜和它们的合金;增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维等有机纤维和碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝及硬质细粒等 。 1.3复合材料的发展历程 复合材料的历史可追溯很远，如从古沿用迄今的稻草增强粘土，和已使用上百年的钢筋混凝土，就是由两种不同材料复合而成。 -钨电触头材料，碳化钨-钴基硬质20世纪20年代以后发展起来的铜-钨和银合金，和其他粉末烧结材料，其实质也是复合材料。40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)的雷达罩，从此出现了复合材料这一名称。 50年代以后陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度、高模量纤维;70年代又出现了芳香族聚酰胺纤维(简称芳纶纤维)，如聚对苯甲酰胺纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体，或铝、镁、钛等金属基体复合而成各具特点的材料，为了区别于一般玻璃纤维增强材料，这种材料称为高级复合材料。 1.4复合材料的分类

智能材料研究进展(毕业论文doc)

智能材料研究进展 摘要 智能材料是一门多门类、多学科交叉的科学，与物理学、材料力学、电子学、化学、仿生学、生命科学、控制理论、人工智能、信息技术、生物技术、计算机技术、材料合成与加工等诸多的前沿科学及高新技术戚戚相关、紧紧相连。因此，它一旦有所突破，便会导致众多学科的理论创新和许多领域的技术变革，大大地推动国家科学技术的进步和综合实力的提高。智能材料具有十分重要的现实用途和极为广阔的应用前景。从高精尖的宇宙探索，到普通人的日常生活，智能材料都起着重要的作用。 未来社会发展的趋势是智能化。智能化的首要问题是大力发展智能材料，智能材料的研究是材料科学研究的重要方向。智能材料的本质特征是材料具有仿生功能，即材料能根据感受到的信息而自动判断、控制和调整以适应外界条件变化。 本文介绍了智能材料的概念、定义及智能材料的特征,阐述和评价了智能材料——形状记忆合金、电流变体材料、光致变色材料、电致变色材料、形状记忆复合材料和智能型药物释放体系等的种类、组成、特点、用途、研究现状与市场前景。重点论述了压电陶瓷材料的制造工艺、特点、性质、研究现状及市场前景等。论述了发展智能材料的战略意义，展望了它的发展前景。 关键词：智能材料，研究，应用，发展

DEVELOPMENT PROGRESS OF SMART MATERIALS ABSTRACT Smart materials is more than one categories, interdisciplinary science, and physics, mechanics, electronics, chemistry, bionics, life sciences, control theory, artificial intelligence, information technology, biotechnology, computer technology, materials synthesis and processing and many other leading edge science and very much related to high-tech, tightly linked. Therefore, once it has been a breakthrough, it will lead to many disciplines in many areas of theoretical innovation and technological change; greatly promote national scientific and technological progress and the improvement of overall strength. Smart materials is of great practical use and very broad application prospects. Explore the universe from the sophisticated to the daily lives of ordinary people, smart materials play an important role. The trends of coming society are intellectualization. The essential issue of intellectualization is to develop intelligent materials vigorously. The study of intelligent materials is a crucial direction of material science.The main characteristic of intelligent materials is bionics functions. That is, it can judge, control and adjust it automatically to adapt the change of the external environment according to accepting information. In this paper, the concept of smart materials, definitions, describes the characteristics of smart materials, intelligent materials described and evaluated - shape memory alloys, electrorheological materials, photochromic materials, electrochromic materials, shape memory composites and smart based drug delivery system, and the type, composition, characteristics, uses, current situation and market prospects. Focuses on the manufacturing process of piezoelectric ceramic materials, characteristics, nature, current situation and

复合材料工艺翻译

对比研究拉挤成型工艺的热能工程 F.J. G. Silva, F. Ferreira, C. Costa, M.C.S. Ribeiro, A.C. Meira Castro 摘要 不同的热系统被应用于拉挤成型，应用最广泛的加热器是电阻加热。本次研究的目的是改良热系统和比较电阻系统的性能。在研究中，温度记录被用于更好的理解冲模时的温度曲线。有限元分析用于定义热系统的能量消耗。改进用于研究新的加热系统，发现新系统减少准备时间，并且大约节约了57%的能量。 关键词 玻璃纤维有限元分析拉挤成型能源节约 介绍 拉挤工艺是一种连续的成型工艺广泛应用于树脂基复合材料在截面积不变的模具中的成型工艺，如成型管道、条状物等等。复合材料是指由玻璃纤维增强热固性塑料或热塑性塑料树脂，通常的代表物有玻璃钢纤维增强树脂复合材料，用于结构增强，拥有高机械强度，良好的耐化学性。 由于玻璃钢复合材料重量轻，他们有很强的竞争优势：其结构是便于运输，在特定的情况下这是非常重要的。其装配需要铆钉，粘合剂，螺丝，来连接其他部分的。重量轻，需要简单的机械紧固件是结构的优势，如在污水处理厂，附近的咸水环境，化学品储存容器。冲模模具，用来制造的最终产品的形状的工具，通常分为两部分，上部和下部。当拉挤形状的截面有开口，如管、芯棒[5]。这个过程的主要优点是低廉的劳动力和简单的工具。 为了更好使产品符合其最终要求，必须选择适当的材料和参数。复合材料可以用单向的、或者纤维布增强。表面纤维布增强的应用必须考虑其良好的表面性能。 环氧树脂、聚酯和乙烯基酯环氧，聚酯和乙烯基酯是最常用的树脂。环氧树脂是良好的粘合剂，一般粘附模具的性质优于聚酯和乙烯基酯；但是，这导致更多的冲模时由于复合断裂制造问题。此外，这种类型的树脂收缩率低，使问题更加恶化[8]。然而，从环氧树脂制成的复合材料在特殊的机械性能，提高热阻和高耐蚀要求上是极有优势的。