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材料科学与工程学院

研究生课程论文

《先进复合材料制造技术》

课程名称 复合材料制造技术 姓 名 唐光道 学 号 1100202052 专 业 材料加工工程 任课教师 李四中 开课时间 2012年上学期 教师评阅意见： 论文成绩 评阅日期 课程论文提交时间： 年 月 日

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先进复合材料制造技术

摘要：近年来，各种复合材料制备技术日益更新，从陶瓷基复合材料、金属基复合材料到聚合物基复合材料，各种制备技术都得到了很大改善，使得复合材料的性能和应用得到了显著提高，。本文综述陶瓷基复合材料、金属基复合材料、聚合物基复合材料等几种重要的制备方法以及应用。

关键词：先进，复合材料，制造技术。

1. 前言

复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求[1]。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

纳米复合材料以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，分散相尺寸至少有一维（直径、长度、宽度或厚度）小于100nm的复合材料。纳米复合材料结构的设计，纳米复合材料功能的设计都是研究热点。

2. 陶瓷基复合材料

2.1纤维增强陶瓷基复合材料的介绍

工程陶瓷的开发是目前国内外甚为重视的新型材料研究领域。纯陶瓷材料因其脆性，不能满足苛刻条件下的使用要求。因此，目前广泛采取增韧技术来提高陶瓷的使用性能。纤维和晶须增韧陶瓷是一类有效的方法。用纤维来增韧陶瓷的技术是十年代以后开始的，最初是用碳纤维增强陶瓷，八十年代以来又开发了用

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陶瓷纤维和晶须增韧陶瓷，增韧效果不断取得进展，增韧技术也不断有所创新。连续纤维增强陶瓷基复合材料是最有前途的高温结构材料之一，以其优异的高韧性、高强度得到世界各国的高度重视。

连续纤维补强陶瓷基复合材料(Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites， 简称CFCC)是将耐高温的纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。由于其具有高强度和高韧性，特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式，使其受到世界各国的极大关注。连续纤维增强陶瓷基复合材料已经开始在航天航空、国防等领域得到广泛应用[2-4].20世纪70年代初，J Aveston[3]在连续纤维增强聚合物基复合材料和纤维增强金属基复合材料研究基础上，首次提出纤维增强陶瓷基复合材料的概念，为高性能陶瓷材料的研究与开发开辟了一个方向。随着纤维制备技术和其它相关技术的进步，人们逐步开发出制备这类材料的有效方法，使得纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术日渐成熟。

由于纤维增强陶瓷基复合材料有着优异的高温性能、高韧性、高比强、高比模以及热稳定性好等优点，能有效地克服对裂纹和热震的敏感性[5-6]，因此，在重复使用的热防护领域有着重要的应用和广泛的市场。

2.1.1 连续纤维补强陶瓷基复合材料的选择原则[7]

1) 陶瓷基体和纤维应该满足结构件的使用环境要求。使用环境包括：工作最低温度、最高温度、湿度、工作介质的腐蚀性等。

2) 陶瓷基体和纤维间弹性模量的匹配。当复合材料承受负载时， 其应力和弹性模量服从加和原则。

σc = σf Vf + σmVm ( 1) Ec = Ef Vf + EmVm Vf + Vm= 1

上述方程中，σ表示承受的应力， V为体积分数， E为弹性模量。下标c、f、m分别代表复合材料、纤维、基体。

3) 陶瓷基体和纤维的热膨胀系数的匹配。复合材料组元之间必须要满足物理化学相容性， 其中最重要的就是热膨胀系数的匹配。

4) 材料应满足结构的特殊要求， 但组元之间不能发生明显的化学反应、溶解和严重的扩散。而且在满足性能要求的前提下， 成本尽可能低。

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